Quellcodebibliothek Statistik Leitseite products/Sources/formale Sprachen/Isabelle/Archive-of-Formal-Proofs/thys/Category3/   (Sammlung formaler Beweise Version 2026-5©)  Datei vom 31.4.2026 mit Größe 172 kB image not shown  

Quelle  Adjunction.thy

  Sprache: Isabelle
 

(*  Title:       Adjunction
    Author:      Eugene W. Stark <stark@cs.stonybrook.edu>, 2016
    Maintainer:  Eugene W. Stark <stark@cs.stonybrook.edu>
*)


chapter Adjunction

theory Adjunction
imports Yoneda
begin

  text
 This theory defines the notions of adjoint functor and adjunction in various
 ways and establishes their equivalence.
 The notions ``left adjoint functor'' and ``right adjoint functor'' are defined
 in terms of universal arrows.
 ``Meta-adjunctions'' are defined in terms of natural bijections between hom-sets,
 where the notion of naturality is axiomatized directly.
 ``Hom-adjunctions'' formalize the notion of adjunction in terms of natural
 isomorphisms of hom-functors.
 ``Unit-counit adjunctions'' define adjunctions in terms of functors equipped
 with unit and counit natural transformations that satisfy the usual
 ``triangle identities.''
 The adjunction locale is defined as the grand unification of all the
 definitions, and includes formulas that connect the data from each of them.
 It is shown that each of the definitions induces an interpretation of the
 adjunction locale, so that all the definitions are essentially equivalent.
 Finally, it is shown that right adjoint functors are unique up to natural
 isomorphism.

 The reference cite"Wikipedia-Adjoint-Functors" was useful in constructing this theory.
 


  section "Left Adjoint Functor"

  text
 ``@{term e} is an arrow from @{term "F x"} to @{term y}.''
 


  locale arrow_from_functor =
    C: category C +
    D: category D +
    F: "functor" D C F
    for D :: "'d comp"     (infixr D 55)
    and C :: "'c comp"     (infixr C 55)
    and F :: "'d ==> 'c"
    and x :: 'd
    and y :: 'c
    and e :: 'c +
    assumes arrow: "D.ide x C.in_hom e (F x) y"
  begin

    notation C.in_hom      (
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 text
 ``@{term g} is a @{term[source=true] D}-coextension of @{term f} along @{term e}.''
 


 definition is_coext :: "'d ==> 'c ==> 'd ==> bool"
 where "is_coext x' f g «g : x' D x¬ f = e C F g"

 end

 text
 ``@{term e} is a terminal arrow from @{term "F x"} to @{term y}.''
 


 locale terminal_arrow_from_functor =
 arrow_from_functor D C F x y e
 for D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and F :: "'d ==> 'c"
 and x :: 'd
 and y :: 'c
 and e :: 'c +
 assumes is_terminal: "arrow_from_functor D C F x' y f ==> (!g. is_coext x' f g)"
 begin

 definition the_coext :: "'d ==> 'c ==> 'd"
 where "the_coext x' f = (THE g. is_coext x' f g)"

 lemma the_coext_prop:
 assumes "arrow_from_functor D C F x' y f"
 shows "«the_coext x' f : x' D x¬" and "f = e C F (the_coext x' f)"
 by (metis assms is_coext_def is_terminal the_coext_def the_equality)+

 lemma the_coext_unique:
 assumes "arrow_from_functor D C F x' y f" and "is_coext x' f g"
 shows "g = the_coext x' f"
 using assms is_terminal the_coext_def the_equality by metis

 end

 text
 A left adjoint functor is a functor F: D C
 that enjoys the following universal coextension property: for each object
 @{term y} of @{term C} there exists an object @{term x} of @{term D} and an
 arrow e C.hom (F x) y such that for any arrow
 f C.hom (F x') y there exists a unique g D.hom x' x
 such that @{term "f = C e (F g)"}.
 


 locale left_adjoint_functor =
 C: category C +
 D: category D +
 "functor" D C F
 for D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and F :: "'d ==> 'c" +
 assumes ex_terminal_arrow: "C.ide y ==> (x e. terminal_arrow_from_functor D C F x y e)"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 end

 section "Right Adjoint Functor"

 text
 ``@{term e} is an arrow from @{term x} to @{term "G y"}.''
 


 locale arrow_to_functor =
 C: category C +
 D: category D +
 G: "functor" C D G
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and G :: "'c ==> 'd"
 and x :: 'd
 and y :: 'c
 and e :: 'd +
 assumes arrow: "C.ide y D.in_hom e x (G y)"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 text
 ``@{term f} is a @{term[source=true] C}-extension of @{term g} along @{term e}.''
 


 definition is_ext :: "'c ==> 'd ==> 'c ==> bool"
 where "is_ext y' g f «f : y C y'¬ g = G f D e"

 end

 text
 ``@{term e} is an initial arrow from @{term x} to @{term "G y"}.''
 


 locale initial_arrow_to_functor =
 arrow_to_functor C D G x y e
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and G :: "'c ==> 'd"
 and x :: 'd
 and y :: 'c
 and e :: 'd +
 assumes is_initial: "arrow_to_functor C D G x y' g ==> (!f. is_ext y' g f)"
 begin

 definition the_ext :: "'c ==> 'd ==> 'c"
 where "the_ext y' g = (THE f. is_ext y' g f)"

 lemma the_ext_prop:
 assumes "arrow_to_functor C D G x y' g"
 shows "«the_ext y' g : y C y'¬" and "g = G (the_ext y' g) D e"
 by (metis assms is_initial is_ext_def the_equality the_ext_def)+

 lemma the_ext_unique:
 assumes "arrow_to_functor C D G x y' g" and "is_ext y' g f"
 shows "f = the_ext y' g"
 using assms is_initial the_ext_def the_equality by metis

 end

 text
 A right adjoint functor is a functor G: C D
 that enjoys the following universal extension property:
 for each object @{term x} of @{term D} there exists an object @{term y} of @{term C}
 and an arrow e D.hom x (G y) such that for any arrow
 g D.hom x (G y') there exists a unique f C.hom y y'
 such that @{term "h = D e (G f)"}.
 


 locale right_adjoint_functor =
 C: category C +
 D: category D +
 "functor" C D G
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and G :: "'c ==> 'd" +
 assumes ex_initial_arrow: "D.ide x ==> (y e. initial_arrow_to_functor C D G x y e)"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 end

 section "Various Definitions of Adjunction"

 subsection "Meta-Adjunction"

 text
 A ``meta-adjunction'' consists of a functor F: D C,
 a functor G: C D, and for each object @{term x}
 of @{term C} and @{term y} of @{term D} a bijection between
 C.hom (F y) x to D.hom y (G x) which is natural in @{term x}
 and @{term y}. The naturality is easy to express at the meta-level without having
 to resort to the formal baggage of ``set category,'' ``hom-functor,''
  being_open>[\lambda = #]
 


 locale meta_adjunction =
 C: category C +
 D: category D +
 F: "functor" D C F +
 G: "functor" C D G
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and F :: "'d ==> 'c"
 and G :: "'c ==> 'd"
 and φ :: "'d ==> 'c ==> 'd"
 and ψ :: "'c ==> 'd ==> 'c" +
 assumes φ_in_hom: "[ D.ide y; C.in_hom f (F y) x ] ==> D.in_hom (φ y f) y (G x)"
 and ψ_in_hom: "[ C.ide x; D.in_hom g y (G x) ] ==> C.in_hom (ψ x g) (F y) x"
 and ψ_φ: "[ D.ide y; C.in_hom f (F y) x ] ==> ψ x (φ y f) = f"
 and φ_ψ: "[ C.ide x; D.in_hom g y (G x) ] ==> φ y (ψ x g) = g"
 and φ_naturality: "[ C.in_hom f x x'; D.in_hom g y' y; C.in_hom h (F y) x ] ==>
 φ y' (f C h C F g) = G f D φ y h D g"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 text
  @{erm \psi} is aa conseqof the na of @{te\<hi}
 and the other assumptions.
 


 lemma ψ_naturality:
 assumes f: "«f : x C x'¬" and g: "«g : y' D y¬" and h: "«h : y D G x¬"
 shows "f C ψ x h C F g = ψ x' (G f D h D g)"
 using f g h φ_naturality ψ_in_hom C.ide_dom D.ide_dom D.in_homE φ_ψ ψ_φ
 by (metis C.comp_in_homI' F.preserves_hom C.in_homE D.in_homE)

 lemma respects_natural_isomorphism:
 assumes "natural_isomorphism D C F' F τ" and "natural_isomorphism C D G G' μ"
 shows "meta_adjunction C D F' G'
 (λy f. μ (C.cod f) D φ y (f C inverse_transformation.map D C F τ y))
 (λx g. ψ x ((inverse_transformation.map C D G' μ x) D g) C τ (D.dom g))"
 proof -
 interpret τ: natural_isomorphism D C F' F τ
 using assms(1) by simp
 interpret τ': inverse_transformation D C F' F τ
 ..
 interpret μ: natural_isomorphism C D G G' μ
 using assms(2) by simp
 interpret μ': inverse_transformation C D G G' μ
 ..
 let ?φ' = "λy f. μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y)"
 let ?ψ' = "λx g. ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g)"
 show "meta_adjunction C D F' G' ?φ' ?ψ'"
 proof
 show "y f x. [D.ide y; «f : F' y AOT_show \open[\lambda> Numbers(x[<>z
 ==> «μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y) : y D G' x¬"
 proof -
 fix x y f
 assume y: "D.ide y" and f: "«f : F' y C x¬"
 show "«μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y) : y D G' x¬"
 proof (intro D.comp_in_homI)
 show "«μ (C.cod f) : G x D G' x¬"
 using f by fastforce
 show "«φ y (f C τ'.map y) : y D G x¬"
 using f y φ_in_hom by auto
 qed
 qed
 show "x g y. [C.ide x; «g : y D G' x¬]
 ==> «ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g) : F' y C x¬"
 proof -
 fix x y g
 assume x: "C.ide x" and g: "«g : y D G' x¬"
 show "«ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g) : F' y C x¬"
 proof (intro C.comp_in_homI)
 show "«τ (D.dom g) : F' y C F y¬"
 using g by fastforce
 show "«ψ x (μ'.map x D g) : F y C x¬"
 using x g ψ_in_hom by auto
 qed
 qed
 show "y f x. \<    by
 ==> ψ x (μ'.map x D μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y)) C
 τ (D.dom (μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y))) =
 f"
 proof -
 fix x y f
 assume y: "D.ide y" and f: "«f : F' y C x¬"
 have 1: "«φ y (f C τ'.map y) : y D G x¬"
 using f y φ_in_hom by auto
 show "ψ x (μ'.map x D μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y)) C
 τ (D.dom (μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y))) =
 f"
 proof -
 have "ψ x (μ'.map x D μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y)) C
 τ (D.dom (μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y))) =
 ψ x ((μ'.map x D μ (C.cod f)) D φ y (f C τ'.map y)) C
 τ (D.dom (μ (C.cod f) D φ y (f C τ'.map y)))"
 using D.comp_assoc by simp
 also have "... = ψ x (φ y (f C τ'.map y)) C τ y"
 by (metis "1" C.arr_cod C.dom_cod C.ide_cod C.in_homE D.comp_ide_arr D.dom_comp
 D.ide_compE D.in_homE D.inverse_arrowsE μ'.inverts_components μ.preserves_dom
 μ.preserves_reflects_arr category.seqI f meta_adjunction_axioms
 meta_adjunction_def)
 also have "... = f"
 using f y ψ_φ C.comp_assoc τ
 by fastforce
 finally show ?thesis by blast
 qed
 qed
 show "x g y. [C.ide x; «g : y D G' x¬]
 ==> μ (C.cod (ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g))) D
 φ y ((ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g)) C τ'.map y) =
 g"
 proof -
 fix x y g
 assume x: "C.ide x" and g: "«g : y D G' x¬"
 have 1: "«ψ x (μ'.map x D g) : F y C x¬"
 using x g ψ_in_hom by auto
 show "μ (C.cod (ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g))) D
 φ y ((ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g)) C τ'.map y) =
 g"
 proof -
 have "μ (C.cod (ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g))) D
 φ y ((ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g)) C τ'.map y) =
 μ (C.cod (ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g))) D
 φ y (ψ x (μ'.map x D g) C τ (D.dom g) C τ'.map y)"
 using C.comp_assoc by simp
 also have "... = μ x D φ y (ψ x (μ'.map x D g))"
 using 1 C.comp_arr_dom C.comp_arr_inv' g by fastforce
 also have "... = (μ x D μ'.map x) D g"
 using x g φ_ψ D.comp_assoc by auto
 also have "... = g"
 using x g μ'.inverts_components [of x] D.comp_cod_arr by OT_show
 finally show ?thesis by blast
 qed
 qed
 show "f x x' g y' y h. [«f : x C x'¬; «g : y' D y¬; «h : F' y C x¬]
 ==> μ (C.cod (f C h C F' g)) D φ y' ((f C h C F' g) C τ'.map y') =
 G' f D (μ (C.cod h) D φ y (h C τ'.map y)) D g"
 proof -
 fix x y x' y' f g h
 assume f: "«f : x C x'¬" and g: "«g : y' D y¬" and h: "«h : F' y C x¬"
 show "μ (C.cod (f C h C F' g)) D φ y' ((f C h C F' g) C τ'.map y') =
 G' f D (μ (C.cod h) D φ y (h C τ'.map y)) D g"
 proof -
 have "μ (C.cod (f C h C F' g)) D φ y' ((f C h C F' g) C τ'.map y') =
java.lang.NullPointerException
 using f g h by fastforce
 also have "... = μ x' D φ y' (f C (h C τ'.map y) C F g)"
 using g τ'.naturality C.comp_assoc by auto
 also have "... = (μ x' D G f) D φ y (h C τ'.map y) D g"
 using f g h φ_naturality [of f x x' g y' y "h C τ'.map y"] D.comp_assoc
 by fastforce
 also have "... = (G' f D μ x) D φ y (h C τ'.map y) D g"
 using f μ.naturality by auto
 also have "... = G' f D (μ (C.cod h) D φ y (h C τ'.map y)) D g"
 using h D.comp_assoc by auto
 finally show ?thesis by blast
 qed
 qed
 qed
 qed

 end

 subsection "Hom-Adjunction"

 text
 The bijection between hom-sets that defines an adjunction can be represented
 formally as a natural isomorphism of hom-functors. However, stating the definition
 this way is more complex than was the case for meta_adjunction.
 One reason is that we need to have a ``set category'' that is suitable as
 a target category for the hom-functors, and since the arrows of the categories
 @{term C} and @{term D} will in general have distinct types, we need a set category
 that simultaneously embeds both. Another reason is that we simply have to formally
 construct the various categories and functors required to express the definition.

 This is a good place to point out that I have often included more sublocales
 in a locale than are strictly required. The main reason for this is the fact that
 the locale system in Isabelle only gives one name to each entity introduced by
 a locale: the name that it has in the first locale in which it occurs.
 This means that entities that make their first appearance deeply nested in sublocales
 will have to be referred to by long qualified names that can be difficult to
 understand, or even to discover. To counteract this, I have typically introduced
 sublocales before the superlocales that contain them to ensure that the entities
 in the sublocales can be referred to by short meaningful (and predictable) names.
 In my opinion, though, it would be better if the locale system would make entities
 that occur in multiple locales accessible by \emph{all} possible qualified names,
 so that the most perspicuous name could be used in any particular context.
 


 locale hom_adjunction =
 C: category C +
 D: category D +
 S: set_category S setp +
 Cop: dual_category C +
 Dop: dual_category D +
 CopxC: product_category Cop.comp C +
 DopxD: product_category Dop.comp D +
 DopxC: product_category Dop.comp C +
 F: "functor" D C F +
 G: "functor" C D G +
 HomC: hom_functor C S setp φC +
 HomD: hom_functor D S setp φD +
 Fop: dual_functor Dop.comp Cop.comp F +
 FopxC: product_functor Dop.comp C Cop.comp C Fop.map C.map +
 DopxG: product_functor Dop.comp C Dop.comp D Dop.map G +
 Hom_FopxC: composite_functor DopxC.comp CopxC.comp S FopxC.map HomC.map +
 Hom_DopxG: composite_functor DopxC.comp DopxD.comp S DopxG.map HomD.map +
 Hom_FopxC: set_valued_functor DopxC.comp S setp Hom_FopxC.map +
 Hom_DopxG: set_valued_functor DopxC.comp S setp Hom_DopxG.map +
 Φ: set_valued_transformation DopxC.comp S setp Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map Φ +
 Ψ: set_valued_transformation DopxC.comp S setp Hom_DopxG.map Hom_FopxC.map Ψ +
 ΦΨ: inverse_transformations DopxC.comp S Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map Φ Ψ
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and S :: "'s comp" (infixr S 55)
 and setp :: "'s set ==> bool"
 and φC :: "'c * 'c ==> 'c ==> 's"
 and φD :: "'d * 'd ==> 'd ==> 's"
 and F :: "'d ==> 'c"
 and G :: "'c ==> 'd"
 and Φ :: "'d * 'c ==> 's"
 and Ψ :: "'d * 'c ==> 's"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 abbreviation ψC :: "'c * 'c ==> 's ==> 'c"
 where "ψC HomC.ψ"

 abbreviation ψD :: "'d * 'd ==> 's ==> 'd"
 where "ψD HomD.ψ"

 end

 subsection "Unit/Counit Adjunction"

 text
 Expressed in unit/counit terms, an adjunction consists of functors
 F: D C and G: C D, equipped with natural transformations
 η: 1 GF and ε: FG 1 satisfying certain ``triangle identities''.
 


 locale unit_counit_adjunction =
 C: category C +
 D: category D +
 F: "functor" D C F +
 G: "functor" C D G +
 GF: composite_functor D C D F G +
 FG: composite_functor C D C G F +
 FGF: composite_functor D C C F F o G +
 GFG: composite_functor C D D G G o F +
 η: natural_transformation D D D.map G o F η +
 ε: natural_transformation C C F o G C.map ε +
 Fη: natural_transformation D C F F o G o F F o η +
 ηG: natural_transformation C D G G o F o G η o G +
 εF: natural_transformation D C F o G o F F ε o F +
 Gε: natural_transformation C D G o F o G G G o ε
 εFoFη: vertical_composite D C F F o G o F F F o η ε o F +
 GεoηG: vertical_composite C D G G o F o G G η o G G o ε
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and F :: "'d ==> 'c"
 and G :: "'c ==> 'd"
 and η :: "'d ==> 'd"
 and ε :: "'c ==> 'c" +
 assumes triangle_F: "εFoFη.map = F"
 and triangle_G: "GεoηG.map = G"
 begin

 notation C.in_hom («_ : _ C _¬)
 notation D.in_hom («_ : _ D _¬)

 end

 lemma unit_determines_counit:
 assumes "unit_counit_adjunction C D F G η ε"
 and "unit_counit_adjunction C D F G η ε'"
 shows "ε = ε ψo> \\>nat🚫
 proof -
    (* IDEA:  \<epsilon>' = \<epsilon>'FG o (FG\<epsilon> o F\<eta>G) = \<epsilon>'\<epsilon> o F\<eta>G = \<epsilon>FG o (\<epsilon>'FG o F\<eta>G) = \<epsilon> *)

    interpret Adj: unit_counit_adjunction C D F G η ε using assms(1by auto
    interpret Adj': unit_counit_adjunction C D F G η ε' using assms(2by auto
    interpret FGFG: composite_functor C D C G F o G o F ..
    interpret FGε: natural_transformation C C (F o G) o (F o G) F o G (F o G) o ε
      using Adj.ε.natural_transformation_axioms Adj.FG.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
            horizontal_composite
      by fastforce
    interpret FηG: natural_transformation C C F o G F o G o F o G F o η o G
      using Adj.η.natural_transformation_axioms Adj.Fη.natural_transformation_axioms
            Adj.G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms horizontal_composite
      by blast
    interpret ε'ε: natural_transformation C C F o G o F o G Adj.C.map ε' o ε     proof -
      have "natural_transformation C C ((F o G) o (F o G)) Adj.C.map (ε' o ε)"
        using Adj.ε.natural_transformation_axioms Adj'.ε.natural_transformation_axioms
              horizontal_composite Adj.C.is_functor comp_functor_identity
        by (metis (no_types, lifting))
      thus "natural_transformation C C (F o G o F o G) Adj.C.map (ε' o ε)"
        using o_assoc by metis
    qed
    interpret ε'εoFηG: vertical_composite
                         C C F o G F o G o F o G Adj.C.map F o η o G ε' o ε ..
    have "ε' = vertical_composite.map C C (F o Adj.GεoηG.map) ε'"
      using vcomp_ide_dom [of C C "F o G" Adj.C.map ε'] Adj.triangle_G
      by (simp add: Adj'.ε.natural_transformation_axioms)
    also have "... = vertical_composite.map C C

                       (vertical_composite.map C C (F o η o G) (F o G o ε)) ε'"
      using whisker_left Adj.F.functor_axioms Adj.Gε.natural_transformation_axioms
            Adj.ηG.natural_transformation_axioms o_assoc
      by (metis (no_types, lifting))
    also have "... = vertical_composite.map C C

                       (vertical_composite.map C C (F o η o G) (ε' o F o G)) ε"
    proof -
      have "vertical_composite.map C C
              (vertical_composite.map C C (F o η o G) (F o G o ε)) ε'
              = vertical_composite.map C C (F o η o G)
                  (vertical_composite.map C C (F o G o ε) ε')"
        using vcomp_assoc
        by (metis (no_types, lifting) Adj'.ε.natural_transformation_axioms
            FGε.natural_transformation_axioms FηG.natural_transformation_axioms o_assoc)
      also have "... = vertical_composite.map C C (F o η o G)
                         (vertical_composite.map C C (ε' o F o G) ε)"
        using Adj'.ε.natural_transformation_axioms Adj.ε.natural_transformation_axioms
              interchange_spc [of C C "F o G" Adj.C.map ε C "F o G" Adj.C.map ε']
        by     toancommand find
      also have "... = vertical_composite.map C C
                         (vertical_composite.map C C (F o η o G) (ε' o F o G)) ε"
        using vcomp_assoc
        by (metis Adj'.εF.natural_transformation_axioms
            Adj.G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
            Adj.ε.natural_transformation_axioms FηG.natural_transformation_axioms
            horizontal_composite)
      finally show ?thesis by simp
    qed
    also have "... = vertical_composite.map C C
                       (vertical_composite.map D C (F o η) (ε' o F) o G) ε"
      using whisker_right Adj'.εF.natural_transformation_axioms
            Adj.Fη.natural_transformation_axioms Adj.G.functor_axioms
      by metis
    also have "... = ε"
      using Adj'.triangle_F vcomp_ide_cod Adj.ε.natural_transformation_axioms by simp
    finally show ?thesis by simp
  qed

  lemma counit_determines_unit:
  assumes "unit_counit_adjunction C D F G η ε"
  and "unit_counit_adjunction C D F G η' ε"
  shows "η = η'"
  proof -
    interpret Adj: unit_counit_adjunction C D F G η ε using assms(1by auto
    interpret Adj': unit_counit_adjunction C D F G η' ε using assms(2by auto
    interpret GFGF: composite_functor D C D F G o F o G ..
    interpret GFη: natural_transformation D D 
 using Adj.η.natural_transformation_axioms Adj.GF.functor_axioms
 Adj.GF.as_nat_trans.natural_transformation_axioms comp_functor_identity
 horizontal_composite
 by (metis (no_types, lifting))
 interpret η'GF: natural_transformation D D G o F (G o F) o (G o F) η' o (G o F)
 using Adj'.η.natural_transformation_axioms Adj.GF.functor_axioms
 Adj.GF.as_nat_trans.natural_transformation_axioms comp_identity_functor
 horizontal_composite
 by (metis (no_types, lifting))
 interpret GεF: natural_transformation D D G o F o G o F G o F G o ε o F
 using Adj.ε.natural_transformation_axioms Adj.F.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 Adj.Gε.natural_transformation_axioms horizontal_composite
 by blast
 interpret η'η: natural_transformation D D Adj.D.map G o F o G o F η' o η
 proof -
 have "natural_transformation D D Adj.D.map ((G o F) o (G o F)) (η' o η)"
 using Adj'.η.natural_transformation_axioms Adj.D.identity_functor_axioms
 Adj.η.natural_transformation_axioms horizontal_composite identity_functor.is_functor
 by fastforce
 thus "natural_transformation D D Adj.D.map (G o F o G o F) (η' o η)"
 using o_assoc by metis
 qed
 interpret GεFoη'η: vertical_composite
 D D Adj.D.map G o F o G o F G o F η' o η G o ε o F ..
 have "η' = vertical_composite.map D D η' (G o Adj.εFoFη.map)"
 using vcomp_ide_cod [of D D Adj.D.map "G o F" η'] Adj.triangle_F
 by (simp add: Adj'.η.natural_transformation_axioms)
 also have "... = vertical_composite.map D D η'
 (vertical_composite.map D D (G o (F o η)) (G o (ε o F)))"
 using whisker_left Adj.Fη.natural_transformation_axioms Adj.G.functor_axioms
 Adj.εF.natural_transformation_axioms
 by fastforce
 also have "... = vertical_composite.map D D
 (vertical_composite.map D D η' (G o (F o η))) (G o ε o F)"
 using vcomp_assoc Adj'.η.natural_transformation_axioms
 GFη.natural_transformation_axioms GεF.natural_transformation_axioms o_assoc
 by (metis (no_types, lifting))
 also have "... = vertical_composite.map D D
 (vertical_composite.map D D η (η' o G o F)) (G o ε o F)"
 using interchange_spc [of D D Adj.D.map "G o F" η D Adj.D.map "G o F" η']
 Adj.η.natural_transformation_axioms Adj'.η.natural_transformation_axioms
 by (metis hcomp_ide_cod hcomp_ide_dom o_assoc)
 also have "... = vertical_composite.map D D η
 (vertical_composite.map D D (η' o G o F) (G o ε o F))"
 using vcomp_assoc
 by (metis (no_types, lifting) Adj.η.natural_transformation_axioms
 GεF.natural_transformation_axioms η'GF.natural_transformation_axioms o_assoc)
 also have "... = vertical_composite.map D D η
 (vertical_composite.map C D (η' o G) (G o ε) o F)"
 using whisker_right Adj'.ηG.natural_transformation_axioms Adj.F.functor_axioms
 Adj.Gε.natural_transformation_axioms
 by fastforce
 also have "... = η"
 using Adj'.triangle_G vcomp_ide_dom Adj.GF.functor_axioms
 Adj.η.natural_transformation_axioms
 by simp
 finally show ?thesis by simp
 qed

 subsection "Adjunction"

 text
 The grand unification of everything to do with an adjunction.
 


 locale adjunction =
 C: category C +
 D: category D +
 S: set_category S setp +
 Cop: dual_category C +
 Dop: dual_category D +
 CopxC: product_category Cop.comp C +
 DopxD: product_category Dop.comp D +
 DopxC: product_category Dop.comp C +
 idDop: identity_functor Dop.comp +
 HomC: hom_functor C S setp φC +
 HomD: hom_functor D S setp φD +
 F: left_adjoint_functor D C F +
 G: right_adjoint_functor C D G +
 GF: composite_functor D C D F G +
 FG: composite_functor C D C G F +
 FGF: composite_functor D C C F FG.map +
 GFG: composite_functor C D D G GF.map +
 Fop: dual_functor Dop.comp Cop.comp F +
 FopxC: product_functor Dop.comp C Cop.comp C Fop.map C.map +
 DopxG: product_functor Dop.comp C Dop.comp D Dop.map G +
 Hom_FopxC: composite_functor DopxC.comp CopxC.comp S FopxC.map HomC.map +
 Hom_DopxG: composite_functor DopxC.comp DopxD.comp S DopxG.map HomD.map +
 Hom_FopxC: set_valued_functor DopxC.comp S setp Hom_FopxC.map +
 Hom_DopxG: set_valued_functor DopxC.comp S setp Hom_DopxG.map +
 η: natural_transformation D D D.map GF.map η +
 ε: natural_transformation C C FG.map C.map ε +
 Fη: natural_transformation D C F F o G o F F o η +
 ηG: natural_transformation C D G G o F o G η o G +
 εF: natural_transformation D C F o G o F F ε o F +
 Gε: natural_transformation C D G o F o G G G o ε +
 εFoFη: vertical_composite D C F FGF.map F F o η ε o F +
 GεoηG: vertical_composite C D G GFG.map G η o G G o ε +
 φψ: meta_adjunction C D F G φ ψ +
 ηε: unit_counit_adjunction C D F G η ε +
 ΦΨ: hom_adjunction C D S setp φC φD F G Φ Ψ
 for C :: "'c comp" (infixr C 55)
 and D :: "'d comp" (infixr D 55)
 and S :: "'s comp" (infixr S 55)
 and setp :: "'s set ==> bool"
 and φC :: "'c * 'c ==> 'c ==> 's"
 and φD :: "'d * 'd ==> 'd ==> 's"
 and F :: "'d ==> 'c"
 and G :: "'c ==> 'd"
 and φ :: "'d ==> 'c ==> 'd"
 and ψ :: "'c ==>o>True\<> 
 and η :: "'d ==> 'd"
 and ε :: "'c ==> 'c"
 and Φ :: "'d * 'c ==> 's"
 and Ψ :: "'d * 'c ==> 's" +
 assumes φ_in_terms_of_η: "[ D.ide y; «f : F y C x¬ ] ==> φ y f = G f D η y"
 and ψ_in_terms_of_ε: "[ C.ide x; «g : y D G x¬ ] ==> ψ x g = ε x C F g"
 and η_in_terms_of_φ: "D.ide y ==> η y = φ y (F y)"
 and ε_in_terms_of_ψ: "C.ide x ==> ε x = ψ x (G x)"
 and φ_in_terms_of_Φ: "[ D.ide y; «f : F y C x¬ ] ==>
 φ y f = (ΦΨ.ψD (y, G x) o S.Fun (Φ (y, x)) o φC (F y, x)) f"
 and ψ_in_terms_of_Ψ: "[ C.ide x; «g : y D G x¬ ] ==>
 ψ x g = (ΦΨ.ψC (F y, x) o S.Fun (Ψ (y, x)) o φD (y, G x)) g"
 and Φ_in_terms_of_φ:
 "[ C.ide x; D.ide y ] ==>
 Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
 (φD (y, G x) o φ y o ΦΨ.ψC (F y, x))"
 and Ψ_in_terms_of_ψ:
 "[ C.ide x; D.ide y ] ==>
 Ψ (y, x) = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x))
 (φC (F y, x) o ψ x o ΦΨ.ψD (y, G x))"

 section "Meta-Adjunctions Induce Unit/Counit Adjunctions"

 context meta_adjunction
 begin

 interpretation GF: composite_functor D C D F G ..
 interpretation FG: composite_functor C D C G F ..
 interpretation FGF: composite_functor D C C F FG.map ..
 interpretation GFG: composite_functor C D D G GF.map ..

 definition ηo :: "'d ==> 'd"
 where "ηo y = φ y (F y)"

 lemma ηo_in_hom:
 assumes "D.ide y"
 shows "«ηo y : y D G (F y)¬"
 using assms D.ide_in_hom ηo_def φ_in_hom by force

 lemma φ_in_terms_of_ηo:
 assumes "D.ide y" and "«f : F y C x¬"
 shows "φ y f = G f D ηo y"
 proof (unfold ηo_def)
 have 1: "«F y : F y C F y¬"
 using assms(1) D.ide_in_hom by blast
 hence "φ y (F y) = φ y (F y) D y"
 by (metis assms(1) D.in_homE φ_in_hom D.comp_arr_dom)
 thus "φ y f = G f D φ y (F y)"
 using assms 1 D.ide_in_hom by (metis C.comp_arr_dom C.in_homE φ_naturality)
 qed

 lemma φ_F_char:
 assumes "«g : y' D y¬"
 shows "φ y' (F g) = ηo y D g"
 using assms ηo_def φ_in_hom [of y "F y" "F y"]
 D.comp_cod_arr [of "D (φ y (F y)) g" "G (F y)"]
 φ_naturality [of "F y" "F y" "F y" g y' y "F y"]
 by (metis C.ide_in_hom D.arr_cod_iff_arr D.arr_dom D.cod_cod D.cod_dom D.comp_ide_arr
 D.comp_ide_self D.ide_cod D.in_homE F.as_nat_trans.naturality2 F.functor_axioms
 F.preserves_section_retraction φ_in_hom functor.preserves_hom)

 interpretation η: transformation_by_components D D D.map GF.map ηo
 proof
 show "a. D.ide a ==> «ηo a : D.map a D GF.map a¬"
 using ηo_def φ_in_hom D.ide_in_hom by force
 fix f
 assume f: "D.arr f"
 show "ηo (D.cod f) D D.map f = GF.map f D ηo (D.dom f)"
 using f φ_F_char [of "D.map f" "D.dom f" "D.cod f"]
 φ_in_terms_of_ηo [of "D.dom f" "F f" "F (D.cod f)"]
 by force
 qed

 lemma η_map_simp:
 assumes "D.ide y"
 shows "η.map y = φ y (F y)"
 using assms η.map_simp_ide ηo_def by simp

 definition εo :: "'c ==> 'c"
 where "εo x = ψ x (G x)"

 lemma εo_in_hom:
 assumes "C.ide x"
 shows "«εo x : F (G x) C x¬"
 using assms C.ide_in_hom εo_def ψ_in_hom by force

 lemma ψ_in_terms_of_εo:
 assumes "C.ide x" and "«g : y D G x¬"
 shows "ψ x g = εo x C F g"
 proof -
 have "εo x C F g = x C ψ x (G x) C F g"
 using assms εo_def ψ_in_hom [of x "G x" "G x"]
 C.comp_cod_arr [of "ψ x (G x) C F g" x]
 by fastforce
 also have "... = ψ x (G x D G x D g)"
 using assms ψ_naturality [of x x x g y "G x" "G x"] by force
 also have "... = ψ x g"
 using assms D.comp_cod_arr by fastforce
 finally show ?thesis by simp
 qed

 lemma ψ_G_char:
 assumes "«f: x C x'¬"
 shows "ψ x' (G f) = f C εo x"
 proof (unfold εo_def)
 have 0: "C.ide x C.ide x'" using assms by auto
 thus "ψ x' (G f) = f C ψ x (G x)"
 using 0 assms ψ_naturality ψ_in_hom [of x "G x" "G x"] G.preserves_hom εo_def
 ψ_in_terms_of_εo G.as_nat_trans.naturality1 C.ide_in_hom
 by (metis C.arrI C.in_homE)
 qed

 interpretation ε: transformation_by_components C C FG.map C.map εo
 apply unfold_locales
 using εo_in_hom
 apply simp
 using ψ_G_char ψ_in_terms_of_εo
 by (metis C.arr_iff_in_hom C.ide_cod C.map_simp G.preserves_hom comp_apply)

 lemma ε_map_simp:
 assumes "C.ide x"
 shows "ε.map x = ψ x (G x)"
 using assms εo_def by simp

 interpretation FD: composite_functor D D C D.map F ..
 interpretation CF: composite_functor D C C F C.map ..
 interpretation GC: com: composite_ C C D C.map G ..
 interpretation DG: composite_functor C D D G D.map ..

 interpretation Fη: natural_transformation D C F F o G o F F o η.map
 by (metis (no_types, lifting) F.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 F.functor_axioms η.natural_transformation_axioms comp_functor_identity
 horizontal_composite o_assoc)

 interpretation εF: natural_transformation D C F o G o F F ε.map o F
 using ε.natural_transformation_axioms F.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 horizontal_composite
 by fastforce

 interpretation ηG: natural_transformation C D G G o F o G η.map o G
 using η.natural_transformation_axioms G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 horizontal_composite
 by fastforce

 interpretation Gε: natural_transformation C D G o F o G G G o ε.map
 by (metis (no_types, lifting) G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 G.functor_axioms ε.natural_transformation_axioms comp_functor_identity
 horizontal_composite o_assoc)

 interpretation εFoFη: vertical_composite D C F F o G o F F F o η.map ε.map o F
 ..
 interpretation GεoηG: vertical_composite C D G G o F o G G
 ..

 lemma unit_counit_F:
 assumes "D.ide y"
 shows "F y = εo (F y) C F (ηo y)"
 using assms ψ_in_terms_of_εo ηo_def ψ_φ ηo_in_hom F.preserves_ide C.ide_in_hom by metis

 lemma unit_counit_G:
 assumes "C.ide x"
 shows "G x = G (εo x) D ηo (G x)"
 using assms φ_in_terms_of_ηo εo_def φ_ψ εo_in_hom G.preserves_ide D.ide_in_hom by metis

 lemma induces_unit_counit_adjunction':
 shows "unit_counit_adjunction C D F G η.map ε.map"
 proof
 show "εFoFη.map = F"
 using εFoFη.is_natural_transformation εFoFη.map_simp_ide unit_counit_F
 F.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 by (intro natural_transformation_eqI) auto
 show "GεoηG.map = G"
 using GεoηG.is_natural_transformation GεoηG.map_simp_ide unit_counit_G
 G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
 by (intro natural_transformation_eqI) auto
 qed

 definition η :: "'d ==> 'd" where "η η.map"
 definition ε :: "'c ==> 'c" where "ε ε.map"

 theorem induces_unit_counit_adjunction:
 shows "unit_counit_adjunction C D F G η ε"
 unfolding η_def ε_def
 using induces_unit_counit_adjunction' by simp

 lemma η_naturalitytransformation:
 shows "natural_transformation D D D.map GF.map η"
 unfolding η_def ..

 lemma ε_naturalitytransformation:
 shows "natural_transformation C C FG.map C.map ε"
 unfolding ε_def ..

 text
 From the defined @{term η} and @{term ε} we can recover the original @{term φ} and @{term ψ}.
 


 lemma φ_in_terms_of_η:
 assumes "D.ide y" and "«f : F y C x¬"
 shows "φ y f = G f D η y"
 using assms η_def by (simp add: φ_in_terms_of_ηo)

 >in_terms_of_\epsilon
 assumes "C.ide x" and "«g : y D G x¬"
 shows "ψ x g = ε x C F g"
 using assms ε_def by (simp add: ψ_in_terms_of_εo)

 end

 section "Meta-Adjunctions Induce Left and Right Adjoint Functors"

 context meta_adjunction
 begin

 interpretation unit_counit_adjunction C D F G η ε
 using induces_unit_counit_adjunction η_def ε_def by auto

 lemma has_terminal_arrows_from_functor:
 assumes x: "C.ide x"
 shows "terminal_arrow_from_functor D C F (G x) x (ε x)"
 and "y' f. arrow_from_functor D C F y' x f
 ==> terminal_arrow_from_functor.the_coext D C F (G x) (ε x) y' f = φ y' f"
 proof -
 interpret εx: arrow_from_functor D C F G x x ε x
 using x ε.preserves_hom G.preserves_ide by unfold_locales auto
 have 1: "y' f. arrow_from_functor D C F y' x f ==>
 εx.is_coext y' f (φ y' f) (g'. εx.is_coext y' f g' g' = φ y' f)"
 using x
 by (metis (full_types) εx.is_coext_def φ_ψ ψ_in_terms_of_ε arrow_from_functor.arrow
 φ_in_hom ψ_φ)
 interpret εx: terminal_arrow_from_functor D C F G x x ε x
 using 1 by unfold_locales blast
 show "terminal_arrow_from_functor D C F (G x) x (ε x)" ..
 show "y' f. arrow_from_functor D C F y' x f ==> εx.the_coext y' f = φ y' f"
 using 1 εx.the_coext_def by auto
 qed

 lemma has_left_adjoint_functor:
 shows "left_adjoint_functor D C F"
 apply unfold_locales using has_terminal_arrows_from_functor by auto

 lemma has_initial_arrows_to_functor:
 assumes y: "D.ide y"
 shows "initial_arrow_to_functor C D G y (F y) (η y)"
 and "x' g. arrow_to_functor C D G y x' g ==>
 initial_arrow_to_functor.the_ext C D G (F y) (η y) x' g = ψ x' g"
 
 interpret ηy: arrow_to_functor C D G y F y η y
 using y by unfold_locales auto
 have 1: "x' g. arrow_to_functor C D G y x' g ==>
 ηy.is_ext x' g (ψ x' g) (f'. ηy.is_ext x' g f' f' = ψ x' g)"
 using y
 by (metis (full_types) ηy.is_ext_def ψ_φ φ_in_terms_of_η arrow_to_functor.arrow
 ψ_in_hom φ_ψ)
 interpret ηy: initial_arrow_to_functor C D G y F y η y
 apply unfold_locales using 1 by blast
 show "initial_arrow_to_functor C D G y (F y) (η y)" ..
 show "x' g. arrow_to_functor C D G y x' g ==> ηy.the_ext x' g = ψ x' g"
 using 1 ηy.the_ext_def by auto
 qed

 lemma has_right_adjoint_functor:
 shows "right_adjoint_functor C D G"
 apply unfold_locales using has_initial_arrows_to_functor by auto

 end

 section "Unit/Counit Adjunctions Induce Meta-Adjunctions"

 context unit_counit_adjunction
 begin

 definition φ :: "'d ==> 'c ==> 'd"
 where "φ y h = G h D η y"

 definition ψ :: "'c ==> 'd ==> 'c"
 where "ψ x h = ε x C F h"

 interpretation meta_adjunction C D F G φ ψ
 proof
 fix x :: 'c and y :: 'd and f :: 'c
 assume y: "D.ide y" and f: "«f : F y C x¬"
java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.equals(Object)" because "brackoff" is null
 using f y G.preserves_hom η.preserves_hom φ_def D.ide_in_hom by auto
 show "ψ x (φ y f) = f"
 proof -
 have "ψ x (φ y f) = (ε x C F (G f)) C F (η y)"
 using y f φ_def ψ_def C.comp_assoc by auto
 also have "... = (f C ε (F y)) C F (η y)"
 using y f ε.naturality by auto
 also have "... = f"
 using y f εFoFη.map_simp_2 triangle_F C.comp_arr_dom D.ide_in_hom C.comp_assoc
 by fastforce
 thesisby aut
 qed
 next
 fix x :: 'c and y :: 'd and g :: 'd
 assume x: "C.ide x" and g: "«g : y D G x¬"
 show "«ψ x g : F y C x¬" using g x ψ_def by fastforce
 show "φ y (ψ x g) = g"
 proof -
 have "φ y (ψ x g) = (G (ε x) D η (G x)) D g"
 using g x φ_def ψ_def η.naturality [of g] D.comp_assoc by auto
 also have "... = g"
 using x g triangle_G D.comp_ide_arr GεoηG.map_simp_ide by auto
 finally show ?thesis by auto
 qed
 next
 fix f :: 'c and g :: 'd and h :: 'c and x :: 'c and x' :: 'c and y :: 'd and y' :: 'd
 assume f: "«f : x C x'¬" and g: "«g : y' D y¬" and h: "«h : F y C x¬"
 show "φ y' (f C h C F g) = G f D φ y h D g"
 using φ_def f g h η.naturality D.comp_assoc by fastforce
 qed

 theorem induces_meta_adjunction:
 shows "meta_adjunction C D F G φ ψ" ..

 text
 From the defined @{term φ} and @{term ψ} we can recover the original @{term η} and @{term ε}.
 


 lemma η_in_terms_of_φ:
 assumes "D.ide y"
 shows "η y = φ y (F y)"
 using assms φ_def D.comp_cod_arr by auto

 lemma ε_in_terms_of_ψ:
 assumes "C.ide x"
 shows "ε x = ψ x (G x)"
 using assms ψ_def C.comp_arr_dom by auto

 end

 section "Left and Right Adjoint Functors Induce Meta-Adjunctions"

 text
 A left adjoint functor induces a meta-adjunction, modulo the choice of a
 right adjoint and counit.
 


 context left_adjoint_functor
 begin

 definition Go :: "'c ==> 'd"
 where "Go a = (SOME b. e. terminal_arrow_from_functor D C F b a e)"

 definition εo :: "'c ==> 'c"
 where "εo a = (SOME e. terminal_arrow_from_functor D C F (Go a) a e)"

 lemma Go_εo_terminal:
 assumes "b e. terminal_arrow_from_functor D C F b a e"
 shows "terminal_arrow_from_functor D C F (Go a) a (εo a)"
 using assms Go_def εo_def
 someI_ex [of "λb. e. terminal_arrow_from_functor D C F b a e"]
 someI_ex [of "λe. terminal_arrow_from_functor D C F (Go a) a e"]
 by simp

 text
 The right adjoint @{term G} to @{term F} takes each arrow @{term f} of
 @{term[source=true] C} to the unique @{term[source=true] D}-coextension of
 @{term "C f (εo (C.dom f))"} along @{term "εo (C.cod f)"}.
 


 definition G :: "'c ==> 'd"
 where "G f = (if C.arr f then
 terminal_arrow_from_functor.the_coext D C F (Go (C.cod f)) (εo (C.cod f))
 (Go (C.dom f)) (f C εo (C.dom f))
 else D.null)"

 lemma G_ide:
 assumes "C.ide x"
 shows "G x = Go x"
 proof -
 interpret terminal_arrow_from_functor D C F Go x x theo obje
 using assms ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by blast
 have 1: "arrow_from_functor D C F (Go x) x (εo x)" ..
 have "is_coext (Go x) (εo x) (Go x)"
 using arrow is_coext_def C.in_homE C.comp_arr_dom by auto
 hence "Go x = the_coext (Go x) (εo x)" using 1 the_coext_unique by blast
 moreover have "εo x = C x (εo (C.dom x))"
 using assms arrow C.comp_ide_arr C.seqI' C.ide_in_hom C.in_homE by metis
 ultimately show ?thesis using assms G_def C.cod_dom C.ide_in_hom C.in_homE by metis
 qed

 lemma G_is_functor:
 shows "functor C D G"
 proof
 fix f :: 'c
 assume "¬C.arr f"
 thus "G f = D.null" using G_def by auto
 next
 fix f :: 'c
 assume f: "C.arr f"
 let ?x = "C.dom f"
 let ?x' = "C.cod f"
 interpret xε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x ?x εo ?x
 using f ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by simp
 interpret x'ε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x' ?x' εo ?x'
 using f ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by simp
 have 1: "arrow_from_functor D C F (Go ?x) ?x' (C f (εo ?x))"
 using f xε.arrow by (unfold_locales, auto)
 have "G f = x'ε.the_coext (Go ?x) (C f (εo ?x))" using f G_def by simp
 hence Gf: "«G f : Go ?x D Go ?x'¬ f C εo ?x = εo ?x' C F (G f)"
 using 1 x'ε.the_coext_prop by simp
 show "D.arr (G f)" using Gf by auto
 show "D.dom (G f) = G ?x" using f Gf G_ide by auto
 show "D.cod (G f) = G ?x'" using f Gf G_ide by auto
 next
 fix f f' :: 'c
 assume ff': "C.arr (C f' f)"
 have f: "C.arr f" using ff' by auto
 let ?x = "C.dom f"
 let ?x' = "C.cod f"
 let ?x'' = "C.cod f'"
 interpret xε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x ?x εo ?x
 using f ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by simp
 interpret x'ε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x' ?x' εo ?x'
 using f ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by simp
 interpret x''ε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x'' ?x'' εo ?x''
 using ff' ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by auto
 have 1: "arrow_from_functor D C F (Go ?x) ?x' (f C εo ?x)"
 using f xε.arrow by (unfold_locales, auto)
 have 2: "arrow_from_functor D C F (Go ?x') ?x'' (f' C εo ?x')"
 using ff' x'ε.arrow by (unfold_locales, auto)
 have "G f = x'ε.the_coext (Go ?x) (C f (εo ?x))"
 using f G_def by simp
 hence Gf: "D.in_hom (G f) (Go ?x) (Go ?x') f C εo ?x = εo ?x' C F (G f)"
 using 1 x'ε.the_coext_prop by simp
 have "G f' = x''ε.the_coext (Go ?x') (f' C εo ?x')"
 using ff' G_def by auto
 hence Gf': "«G f' : Go (C.cod f) D Go (C.cod f')¬ f' C εo ?x' = εo ?x'' C F (G f')"
 using 2 x''ε.the_coext_prop by simp
 show "G (f' C f) = G f' D G f"
 proof -
 have "x''ε.is_coext (Go ?x) ((f' C f) C εo ?x) (G f' D G f)"
 proof -
 have 3: "«G f' D G f : Go (C.dom f) D Go (C.cod f')¬" using 1 2 Gf Gf' by auto
 moreover have "(f' C f) C εo ?x = εo ?x'' C F (G f' D G f)"
 by (metis 3 C.comp_assoc D.in_homE Gf Gf' preserves_comp)
 ultimately show ?thesis using x''ε.is_coext_def by auto
 qed
 moreover have "arrow_from_functor D C F (Go ?x) ?x'' ((f' C f) C εo ?x)"
 using ff' xε.arrow by unfold_locales blast
 ultimately show ?thesis
 using ff' G_def x''ε.the_coext_unique C.seqE C.cod_comp C.dom_comp by auto
 qed
 qed

 interpretation G: "functor" C D G using G_is_functor by auto

 lemma G_simp:
 assumes "C.arr f"
 shows "G f = terminal_arrow_from_functor.the_coext D C F (Go (C.cod f)) (εo (C.cod f))
 (Go (C.dom f)) (f C εo (C.dom f))"
 using assms G_def by simp

 interpretation idC: identity_functor C ..
 interpretation GF: composite_functor C D C G F ..

 interpretation ε: transformation_by_components C C GF.map C.map εo
 proof
 fix x :: 'c
 assume x: "C.ide x"
 show "«εo x : GF.map x C C.map x¬"
 proof -
  ter D C F \<> 
 using x Go_εo_terminal ex_terminal_arrow by simp
 show ?thesis using x G_ide arrow by auto
 qed
 next
 fix f :: 'c
 assume f: "C.arr f"
 show "εo (C.cod f) C GF.map f = C.map f C εo (C.dom f)"
 proof -
 let ?x = "C.dom f"
 let ?x' = "C.cod f"
 interpret xε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x ?x εo ?x
 using f Go_εo_terminal ex_terminal_arrow by simp
 interpret x'ε: terminal_arrow_from_functor D C F Go ?x' ?x' εo ?x'
 using f Go_εo_terminal ex_terminal_arrow by simp
 have 1: "arrow_from_functor D C F (Go ?x) ?x' (C f (εo ?x))"
 using f xε.arrow by unfold_locales auto
 have "G f = x'ε.the_coext (Go ?x) (f C εo ?x)"
 using f G_simp by blast
 hence "x'ε.is_coext (Go ?x) (f C εo ?x) (G f)"
 using 1 x'ε.the_coext_prop x'ε.is_coext_def by auto
 thus ?thesis
 using f x'ε.is_coext_def by simp
 qed
 qed

 definition ψ
 where "ψ x h = C (ε.map x) (F h)"

 lemma ψ_in_hom:
 assumes "C.ide x" and "«g : y D G x¬"
 shows "«ψ x g : F y C x¬"
 unfolding ψ_def using assms ε.maps_ide_in_hom by auto

 lemma ψ_natural:
 assumes f: "«f : x C x'¬" and g: "«g : y' D y¬" and h: "«h : y D G x¬"
 shows "f C ψ x h C F g = ψ x' ((G f D h) D g)"
 proof -
 have "f C ψ x h C F g = f C (ε.map x C F h) C F g"
 unfolding ψ_def by auto
 also have "... = (f C ε.map x) C F h C F g"
 using C.comp_assoc by fastforce
 also have "... = (f C ε.map x) C F (h D g)"
 using g h by fastforce
 also have "... = (ε.map x' C F (G f)) C F (h D g)"
 using f ε.naturality by auto
 also have "... = ε.map x' C F ((G f D h) D g)"
 using f g h C.comp_assoc by fastforce
 also have "... = ψ x' ((G f D h) D g)"
 unfolding ψ_def by auto
 finally show ?thesis by auto
 qed

 lemma ψ_inverts_coext:
 assumes x: "C.ide x" and g: "«g : y D G x¬"
 shows "arrow_from_functor.is_coext D C F (G x) (ε.map x) y (ψ x g) g"
 proof -
 interpret xε: arrow_from_functor D C F G x x ε.map x
 using x ε.maps_ide_in_hom by unfold_locales auto
 show "xε.is_coext y (ψ x g) g"
 using x g ψ_def xε.is_coext_def G_ide by blast
 qed

 lemma ψ_invertible:
 assumes y: "D.ide y" and f: "«f : F y C x¬"
 shows "!g. «g : y D G x¬ ψ x g = f"
 proof
 have x: "C.ide x" using f by auto
 interpret xε: terminal_arrow_from_functor D C F Go x x εo xAOT_modally_strict { {
 using x ex_terminal_arrow Go_εo_terminal by auto
 have 1: "arrow_from_functor D C F y x f"
 using y f by (unfold_locales, auto)
 let ?g = "xε.the_coext y f"
 have "ψ x ?g = f"
 using 1 x y ψ_def xε.the_coext_prop G_ide ψ_inverts_coext xε.is_coext_def by simp
 thus "«?g : y D G x¬ ψ x ?g = f"
 using 1 x xε.the_coext_prop G_ide by simp
 show "g'. «g' : y D G x¬ ψ x g' = f ==> g' = ?g"
 using 1 x y ψ_inverts_coext G_ide xε.the_coext_unique by force
 qed

 definition φ
 where "φ y f = (THE g. «g : y D G (C.cod f)¬ ψ (C.cod f) g = f)"

 lemma φ_in_hom:
 assumes "D.ide y" and "«f : F y C x¬"
 shows "«φ y f : y D G x¬"
 using assms ψ_invertible φ_def theI' [of "λg. «g : y D G x¬ ψ x g = f"]
 by auto

 lemma φ_ψ:
 assumes "C.ide x" and "«g : y D G x¬"
 shows "φ y (ψ x g) = g"
    proof -
      have "\<phi> y (\<psi> x g) = (THE g'. \<guillemotleft>g' : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright> \<and> \<psi> x g' = \<psi> x g)"
      proof -
        have "C.cod (\<psi> x g) = x"
          using assms \<psi>_in_hom by auto
        thus ?thesis
          using \<phi>_def by auto
      qed
      moreover have "\<exists>!g'. \<guillemotleft>g' : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright> \<and> \<psi> x g' = \<psi> x g"
        using assms \<psi>_in_hom \<psi>_invertible D.ide_dom by blast
      ultimately show "\<phi> y (\<psi> x g) = g"
        using assms(2) by auto
    qed

    lemma \<psi>_\<phi>:
    assumes "D.ide y" and "\<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "\<psi> x (\<phi> y f) = f"
      using assms \<psi>_invertible \<phi>_def theI' [of "\<lambda>g. \<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright> \<and> \<psi> x g = f"]
      by auto

    lemma \<phi>_natural:
    assumes "\<guillemotleft>f : x \<rightarrow>\<^sub>C x'\<guillemotright>" and "\<guillemotleft>g : y' \<rightarrow>\<^sub>D       AOT_assume\<open>\boxG <><EFclose
    shows "\<phi> y' (f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F g) = (G f \<cdot>\<^sub>D \<phi> y h) \<cdot>\<^sub>D g"
    proof -
      have "C.ide x' \<and> D.ide y \<and> D.in_hom (\<phi> y h) y (G x)"
        using assms \<phi>_in_hom by auto
      thus ?thesis
        using assms D.comp_in_homI G.preserves_hom \<psi>_natural [of f x x' g y' y "\<phi> y h"] \<phi>_\<psi> \<psi>_\<phi>
        by auto
    qed

    theorem induces_meta_adjunction:
    shows "meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>"
      using \<phi>_in_hom \<psi>_in_hom \<phi>_\<psi> \<psi>_\<phi> \<phi>_natural D.comp_assoc
      by unfold_locales auto

  end

  text\<open>
    A right adjoint functor induces a meta-adjunction, modulo the choice of a
    left adjoint and unit.
\<close>

  context right_adjoint_functor
  begin

    definition Fo :: "'d \<Rightarrow> 'c"
    where "Fo y = (SOME x. \<exists>u. initial_arrow_to_functor C D G y x u)"

    definition \<eta>o :: "'d \<Rightarrow> 'd"
    where "\<eta>o y = (SOME u. initial_arrow_to_functor C D G y (Fo y) u)"

    lemma Fo_\<eta>o_initial:
    assumes "\<exists>x u. initial_arrow_to_functor C D G y x u"
    shows "initial_arrow_to_functor C D G y (Fo y) (\<eta>o y)"
      using assms Fo_def \<eta>o_def
            someI_ex [of "\<lambda>x. \<exists>u. initial_arrow_to_functor C D G y x u"]
            someI_ex [of "\<lambda>u. initial_arrow_to_functor C D G y (Fo y) u"]
      by simp

    text\<open>
      The left adjoint @{term F} to @{term g} takes each arrow @{term g} of
      @{term[source=true] D} to the unique @{term[source=true] C}-extension of
      @{term "D (\<eta>o (D.cod g)) g"} along @{term "\<eta>o (D.dom g)"}.
\<close>

    definition F :: "'d \<Rightarrow> 'c"
    where "F g = (if D.arr g then
                     initial_arrow_to_functor.the_ext C D G (Fo (D.dom g)) (\<eta>o (D.dom g))
                                  (Fo (D.cod g)) (\<eta>o (D.cod g) \<cdot>\<^sub>D g)
                  else C.null)"

    lemma F_ide:
    assumes "D.ide y"
    shows "F y = Fo y"
    proof -
      interpret initial_arrow_to_functor C D G y \<open>Fo y\<close> \<open>\<eta>o y\<close>
        using assms ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by blast
      have 1: "arrow_to_functor C D G y (Fo y) (\<eta>o y)" ..
      have "is_ext (Fo y) (\<eta>o y) (Fo y)"
        unfolding is_ext_def using arrow D.comp_ide_arr [of "G (Fo y)" "\<eta>o y"] by force
      hence "Fo y = the_ext (Fo y) (\<eta>o y)"
        using 1 the_ext_unique by blast
      moreover have "\<eta>o y = D (\<eta>o (D.cod y)) y"
        using assms arrow D.comp_arr_ide D.comp_arr_dom by auto
      ultimately show ?thesis
        using assms F_def D.dom_cod D.in_homE D.ide_in_hom by metis
    qed

    lemma F_is_functor:
    shows "functor D C F"
    proof
      fix g :: 'd
      assume "\<not>D.arr g"
      thus "F g = C.null" using F_def by auto
      next
      fix g :: 'd
      assume g: "D.arr g"
      let ?y = "D.dom g"
      let ?y' = "D.cod g"
      interpret y\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y \<open>Fo ?y\<close> \<open>\<eta>o ?y\<close>
        using g ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by simp
      interpret y'\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y' \<open>Fo ?y'\<close> \<open>\<eta>o ?y'\<close>
        using g ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by simp
      have 1: "arrow_to_functor C D G ?y (Fo ?y') (D (\<eta>o ?y') g)"
        using g y'\<eta>.arrow by unfold_locales auto
      have "F g = y\<eta>.the_ext (Fo ?y') (D (\<eta>o ?y') g)"
        using g F_def by simp
      hence Fg: "\<guillemotleft>F g : Fo ?y \<rightarrow>\<^sub>C Fo ?y'\<guillemotright> \<and> \<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g = G (F g) \<cdot>\<^sub>D \<eta>o ?y"
        using 1 y\<eta>.the_ext_prop by simp
      show "C.arr (F g)" using Fg by auto
      show "C.dom (F g) = F ?y" using Fg g F_ide by auto
      show "C.cod (F g) = F ?y'" using Fg g F_ide by auto
      next
      fix g :: 'd
      fix g' :: 'd
      assume g': "D.arr (D g' g)"
      have g: "D.arr g" using g' by auto
      let ?y = "D.dom g"
      let ?y' = "D.cod g"
      let ?y'' = "D.cod g'"
      interpret y\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y \<open>Fo ?y\<close> \<open>\<eta>o ?y\<close>
        using g ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by simp
      interpret y'\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y' \<open>Fo ?y'\<close> \<open>\<eta>o ?y'\<close>
        using g ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by simp
      interpret y''\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y'' \<open>Fo ?y''\<close> \<open>\<eta>o ?y''\<close>
        using g' ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by auto
      have 1: "arrow_to_functor C D G ?y (Fo ?y') (\<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g)"
        using g y'\<eta>.arrow by unfold_locales auto
      have "F g = y\<eta>.the_ext (Fo ?y') (\<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g)"
        using g F_def by simp
      hence Fg: "\<guillemotleft>F g : Fo ?y \<rightarrow>\<^sub>C Fo ?y'\<guillemotright> \<and> \<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g = G (F g) \<cdot>\<^sub>D \<eta>o ?y"
        using 1 y\<eta>.the_ext_prop by simp
      have 2: "arrow_to_functor C D G ?y' (Fo ?y'') (\<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g')"
        using g' y''\<eta>.arrow by unfold_locales auto
      have "F g' = y'\<eta>.the_ext (Fo ?y'') (\<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g')"
        using g' F_def by auto
      hence Fg': "\<guillemotleft>F g' : Fo ?y' \<rightarrow>\<^sub>C Fo ?y''\<guillemotright> \<and> \<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g' = G (F g') \<cdot>\<^sub>D \<eta>o ?y'"
        using 2 y'\<eta>.the_ext_prop by simp
      show "F (g' \<cdot>\<^sub>D g) = F g' \<cdot>\<^sub>C F g"
      proof -
        have "y\<eta>.is_ext (Fo ?y'') (\<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g' \<cdot>\<^sub>D g) (F g' \<cdot>\<^sub>C F g)"
        proof -
          have 3: "\<guillemotleft>F g' \<cdot>\<^sub>C F g : Fo ?y \<rightarrow>\<^sub>C Fo ?y''\<guillemotright>" using 1 2 Fg Fg' by auto
          moreover have "\<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g' \<cdot>\<^sub>D g = G (F g' \<cdot>\<^sub>C F g) \<cdot>\<^sub>D \<eta>o ?y"
            using Fg Fg' g g' 3 y''\<eta>.arrow
            by (metis C.arrI D.comp_assoc preserves_comp)
          ultimately show ?thesis using y\<eta>.is_ext_def by auto
        qed
        moreover have "arrow_to_functor C D G ?y (Fo ?y'') (\<eta>o ?y'' \<cdot>\<^sub>D g' \<cdot>\<^sub>D g)"
          using g g' y''\<eta>.arrow by unfold_locales auto
        ultimately show ?thesis
          using g g' F_def y\<eta>.the_ext_unique D.dom_comp D.cod_comp by auto
      qed
    qed

    interpretation F: "functor" D C F using F_is_functor by auto

    lemma F_simp:
    assumes "D.arr g"
    shows "F g = initial_arrow_to_functor.the_ext C D G (Fo (D.dom g)) (\<eta>o (        by simp add: AOT_sem_notAOT_sem_equivact_\omega>ext_def
                                                        (Fo (D.cod g)) (\<eta>o (D.cod g) \<cdot>\<^sub>D g)"
      using assms F_def by simp

    interpretation FG: composite_functor D C D F G ..

    interpretation \<eta>: transformation_by_components D D D.map FG.map \<eta>o
    proof
      fix y :: 'd
      assume y: "D.ide y"
      show "\<guillemotleft>\<eta>o y : D.map y \<rightarrow>\<^sub>D FG.map y\<guillemotright>"
      proof -
        interpret initial_arrow_to_functor C D G y \<open>Fo y\<close> \<open>\<eta>o y\<close>
          using y Fo_\<eta>o_initial ex_initial_arrow by simp
        show ?thesis using y F_ide arrow by auto
      qed
      next
      fix g :: 'd
      assume g: "D.arr g"
      show "\<eta>o (D.cod g) \<cdot>\<^sub>D D.map g = FG.map g \<cdot>\<^sub>D \<eta>o (D.dom g)"
      proof -
        let ?y = "D.dom g"
        let ?y' = "D.cod g"
        interpret y\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y \<open>Fo ?y\<close> \<open>\<eta>o ?y\<close>
          using g Fo_\<eta>o_initial ex_initial_arrow by simp
        interpret y'\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G ?y' \<open>Fo ?y'\<close> \<open>\<eta>o ?y'\<close>
          using g Fo_\<eta>o_initial ex_initial_arrow by simp
        have "arrow_to_functor C D G ?y (Fo ?y') (\<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g)"
    }
        moreover have "F g = y\<eta>.the_ext (Fo ?y') (\<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g)"
          using g F_simp by blast
        ultimately have "y\<eta>.is_ext (Fo ?y') (\<eta>o ?y' \<cdot>\<^sub>D g) (F g)"
          using y\<eta>.the_ext_prop y\<eta>.is_ext_def by auto
        thus ?thesis
          using g y\<eta>.is_ext_def by simp
      qed
    qed

    definition \<phi>
    where "\<phi> y h = D (G h) (\<eta>.map y)"

    lemma \<phi>_in_hom:
    assumes y: "D.ide y" and f: "\<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "\<guillemotleft>\<phi> y f : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
      unfolding \<phi>_def using assms \<eta>.maps_ide_in_hom by auto

    lemma \<phi>_natural:
    assumes f: "\<guillemotleft>f : x \<rightarrow>\<^sub>C x'\<guillemotright>" and g: "\<guillemotleft>g : y' \<rightarrow>\<^sub>D y\<guillemotright>" and h: "\<guillemotleft>h : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "\<phi> y' (f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F g) = (G f \<cdot>\<^sub>D \<phi> y h) \<cdot>\<^sub>D g"
    proof -
      have "(G f \<cdot>\<^sub>D \<phi> y h) \<cdot>\<^sub>D g = (G f \<cdot>\<^sub>D G h \<cdot>\<^sub>D \<eta>.map y) \<cdot>\<^sub>D g"
        unfolding \<phi>_def by auto
      also have "... = (G f \<cdot>\<^sub>D G h) \<cdot>\<^sub>D \<eta>.map y \<cdot>\<^sub>D g"
        using D.comp_assoc by fastforce
      also have "... = G (f \<cdot>\<^sub>C h) \<cdot>\<^sub>D G (F g) \<cdot>\<^sub>D \<eta>.map y'"
        using f g h \<eta>.naturality by fastforce
      also have "... = (G (f \<cdot>\<^sub>C h) \<cdot>\<^sub>D G (F g)) \<cdot>\<^sub>D \<eta>.map y'"
        using D.comp_assoc by fastforce
      also have "... = G (f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F g) \<cdot>\<^sub>D \<eta>.map y'"
        using f g h D.comp_assoc by fastforce
      also have "... = \<phi> y' (f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F g)"
        unfolding \<phi>_def by auto
      finally show ?thesis by auto
    qed

    lemma \<phi>_inverts_ext:
    assumes y: "D.ide y" and f: "\<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "arrow_to_functor.is_ext C D G (F y) (\<eta>.map y) x (\<phi> y f) f"
    proof -
      interpret y\<eta>: arrow_to_functor C D G y \<open>F y\<close> \<open>\<eta>.map y\<close>
        using y \<eta>.maps_ide_in_hom by unfold_locales auto
      show "y\<eta>.is_ext x (\<phi> y f) f"
        using f y \<phi>_def y\<eta>.is_ext_def F_ide by blast
    qed

    lemma \<phi>_invertible:
    assumes x: "C.ide x" and g: "\<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
    shows "\<exists>!f. \<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y f = g"
    proof
      have y: "D.ide y" using g by auto
      interpret y\<eta>: initial_arrow_to_functor C D G y \<open>Fo y\<close> \<open>\<eta>o y\<close>
        using y ex_initial_arrow Fo_\<eta>o_initial by auto
      have 1: "arrow_to_functor C D G y x g"
        using x g by (unfold_locales, auto)
      let ?f = "y\<eta>.the_ext x g"
      have "\<phi> y ?f = g"
        using \<phi>_def y\<eta>.the_ext_prop 1 F_ide x y \<phi>_inverts_ext y\<eta>.is_ext_def by fastforce
      moreover have "\<guillemotleft>?f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
        using 1 y y\<eta>.the_ext_prop F_ide by simp
      ultimately show "\<guillemotleft>?f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y ?f = g" by auto
      show "\<And>f'. \<guillemotleft>f' : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y f' = g \<Longrightarrow> f' = ?f"
        using 1 y \<phi>_inverts_ext y\<eta>.the_ext_unique F_ide by force
    qed

    definition \<psi>
    where "\<psi> x g = (THE f. \<guillemotleft>f : F (D.dom g) \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> (D.dom g) f = g)"

    lemma \<psi>_in_hom:
    assumes "C.ide x" and "\<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
    shows "C.in_hom (\<psi> x g) (F y) x"
      using assms \<phi>_invertible \<psi>_def theI' [of "\<lambda>f. \<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y f = g"]
      by auto

    lemma \<psi>_\<phi>:
    assumes "D.ide y" and "\<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "\<psi> x (\<phi> y f) = f"
    proof -
      have "D.dom (\<phi> y f) = y" using assms \<phi>_in_hom by blast
      hence "\<psi> x (\<phi> y f) = (THE f'. \<guillemotleft>f' : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y f' = \<phi> y f)"
        using \<psi>_def by auto
      moreover have "\<exists>!f'. \<guillemotleft>f' : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright> \<and> \<phi> y f' = \<phi> y f"
        using assms \<phi>_in_hom \<phi>_invertible C.ide_cod by blast
      ultimately show ?thesis using assms(2) by auto
    qed

    lemma \<phi>_\<psi>:
    assumes "C.ide x" and "\<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
    shows "\(<>xg g
using assms \>_ \psi_def '[of \<lambda <guillemotleft><>\<^> \<guillemotright<>=g]
      by auto

    theorem induces_meta_adjunction:
 meta_adjunction CDFG\phi <si"
using\phi>_in_hom \<psi>in_hom \      by"cqt:2"
      by (unfold_locales, auto)

java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 5 out of bounds for length 5

 -djunctions Induce HomAdjunctions

  text\<open>
    To    .finite Symbol_Posstopper(Scan.repeat(
    from @termC}and @termD  a common set category@term S} soit is necessary
    to apply anactualconcreteconstructionofsuchacategory
We  therepleteset categorygeneratedby the disjoint sum
@ (c'of arrow  of @ C and 
>

  context meta_adjunction
  begin constrainTrm_ ( _  fnvar =>var)

interpretation:  \openTYPE(c+d\close> .

    definition inC :: "'c \<Rightarrow> ('c+'d) setcat.arr"


  :"d\Rightarrow>(+d ."
    where "inD \<equiv>     makeArgList  @ z

interpretation:replete_setcat (c'd)\closejava.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 65 out of bounds for length 65
    interpretation      processFreesAlwaysMeta ctxt )
    interpretation : dual_category D .
    interpretation CopxC: product_category Cop.comp C       
    interpretation
    interpretation DopxC: product_category Dop.comp C ..
 : hom_functor C S.comp S.setp \open<>.inC\close>
    proof
      show "\<And>      Symbol_Pos (end_name end_pos
        unfolding inC_def using S.UP_mapsto by auto
      thus "<Andb . \lbrakk>.ide b; Cide a\<rbrakk>\<> inC`Chomba >Univ"
        by(. AstConstant"":x]) java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 55 out of bounds for length 55
      show fnname >,
 
        using S.inj_UP
        by (metis injD inj_Inl inj_compose inj_on_def)
    qed
interpretation  \java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 83 out of bounds for length 83
java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 9 out of bounds for length 9
      show "\<And>f. D.arr f \<Longrightarrow> inDopen>explicitRelationclose> trm
        unfolding inD_def using S.UP_mapsto by auto
      thus "\<And>b a. \<lbrakk>D.ide    trms>Ast AstConstant\^>\open>\<lose>
       
      show "\<And>b a. \<lbrakk        case printVarKind         of x= . name

        using S.inj_UP
        byvaltrm=   name SingleVariablename >
qed
    interpretation Fop: dual_functor D C        
    interpretation FopxC: product_functor Dop. C Copcomp C .map C.map ..
    interpretation DopxG:
     Hom_FopxC: composite_functor DopxC.compCopxCcomp S.comp
                                                FopxC.map      .mark_bound_body edummyT,
interpretation :  .compDopxDcomp S.
                                                DopxG.map HomD.map ..

    lemma inC_\<psi> [simp]:
 . "  Cidea  x\in  b "
    shows "inC (HomC.\<psi> (b, a) x) in
using assms by 

    lemma \<psi>_inC        Const(AOT_modelAOT_model_valid_in" )$_$(onst _ $_))=java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: Index 84 out of bounds for length 84
    assumes "C.arr f"
    shows "HomC.\<psi> (C.dom f, C.cod f) (inC f) = f"
      using assms HomC.\<psi>_\<phi> by blast

    lemma inD_\<psi> [simp]:
    assumes "D.ide b" and "D.ide a" and "x \<in> inD ` D.hom b a"
    shows "inD (HomD.\<psi> (b, a) x) = x"
      using assms by auto

    lemma \<psi>_inD [simp]:
    assumes "D.arr f"
    shows "HomD.\<psi> (D.dom f, D.cod f) (inD f) = f"
      using assms HomD.\<psi>_\<phi> by blast

    lemma Hom_FopxC_simp:
    assumes "DopxC.arr gf"
    shows "Hom_FopxC.map gf =
              S.mkArr (HomC.set (F (D.cod (fst gf)), C.dom (snd gf)))
                      (HomC.set (F (D.dom (fst gf)), C.cod (snd gf)))
                      (inC \<circ> (\<lambda>h. snd gf \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F (fst gf))
                           \<circ> HomC.\<psi> (F (D.cod (fst gf)), C.dom (snd gf)))"
      using assms HomC.map_def by simp

    lemma Hom_DopxG_simp:
    assumes "DopxC.arr gf"
    shows "Hom_DopxG.map gf =
              S.mkArr (HomD.set (D.cod (fst gf), G (C.dom (snd gf))))
                      (HomD.set (D.dom (fst gf), G (C.cod (snd gf))))
                      (inD \<circ> (\<lambda>h. G (snd gf) \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D fst gf)
                           \<circ> HomD.\<psi> (D.cod (fst gf), G (C.dom (snd gf))))"
      using         by (AOT_subst \<open>[\<lambda>x \<>F \<not><guillemotleft><sub\o .  act_<omegaext F)<> &x[])]x\>
                      
    definition \<Phi>o
    where "\<Phi>o yx = S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                           (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                           (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))"

    lemma \<Phi>o_in_hom:
    assumes yx: "DopxC.ide yx"
    shows "\<guillemotleft>\<Phi>o yx : Hom_FopxC.map yx \<rightarrow>\<^sub>S Hom_DopxG.map yx\<guillemotright>"
    proof -
      have "Hom_FopxC.map yx = S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))"
        using yx HomC.map_ide by auto
      moreover have "Hom_DopxG.map yx = S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))"
        using yx HomD.map_ide by auto
      moreover have
          "\<guillemotleft>S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                    (inD \<circ> \<phi> (fst yx) \<circ> HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx)) :
              S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                 \<rightarrow>\<^sub>S S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))\<guillemotright>"
      proof (intro S.mkArr_in_hom)
        show "HomC.set (F (fst yx), snd yx) \<subseteq> S.Univ" using yx HomC.set_subset_Univ by simp
        show "HomD.set (fst yx, G (snd yx)) \<subseteq> S.Univ" using yx HomD.set_subset_Univ by simp
        show "inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx)
                 \<in> HomC.set (F (fst yx), snd yx) \<rightarrow> HomD.set (fst yx, G (snd yx))"
        proof
          fix x
          assume x: "x \<in> HomC.set (F (fst yx), snd yx)"
          show "(inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx)) x
                  \<in> HomD.set (fst yx, G (snd yx))"
            using x yx HomC.\<psi>_mapsto [of "F (fst yx)" "snd yx"]
                  \<phi>_in_hom [of "fst yx"] HomD.\<phi>_mapsto [of "fst yx" "G (snd yx)"]
            by auto
        qed
      qed
      ultimately show ?thesis using \<Phi>o_def by auto
    qed

    interpretation \<Phi>: transformation_by_components
                        DopxC.comp S.comp Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map \<Phi>o
    proof
      fix yx
      assume yx: "DopxC.ide yx"
      show "\<guillemotleft>\<Phi>o yx : Hom_FopxC.map yx \<rightarrow>\<^sub>S Hom_DopxG.map yx\<guillemotright>"
        using yx \<Phi>o_in_hom by auto
      next
      fix gf
      assume gf: "DopxC.arr gf"
      show "S.comp (\<Phi>o (DopxC.cod gf)) (Hom_FopxC.map gf)
                = S.comp (Hom_DopxG.map gf) (\<Phi>o (DopxC.dom gf))"
      proof -
        let ?g = "fst gf"
        let ?f = "snd gf"
        let ?x = "C.dom ?f"
        let ?x' = "C.cod ?f"
        let ?y = "D.cod ?g"
        let ?y' = "D.dom ?g"
        let ?Fy = "F ?y"
        let ?Fy' = "F ?y'"
        let ?Fg = "F ?g"
        let ?Gx = "G ?x"
        let ?Gx' = "G ?x'"
        let ?Gf = "G ?f"
        have 1: "S.arr (Hom_FopxC.map gf) \<and>
                 Hom_FopxC.map gf = S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomC.set (?Fy', ?x'))
                                            (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))"
          using gf Hom_FopxC.preserves_arr Hom_FopxC_simp by blast
        have 2: "S.arr (\<Phi>o (DopxC.cod gf)) \<and>
                 \<Phi>o (DopxC.cod gf) = S.mkArr (HomC.set (?Fy', ?x')) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                                             (inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))"
          using gf \<Phi>o_in_hom [of "DopxC.cod gf"] \<Phi>o_def [of "DopxC.cod gf"] \<phi>_in_hom
          by auto
        have 3: "S.arr (\<Phi>o (DopxC.dom gf)) \<and>
                 \<Phi>o (DopxC.dom gf) = S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomD.set (?y, ?Gx))
                                             (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))"
          using gf \<Phi>o_in_hom [of "DopxC.dom gf"] \<Phi>o_def [of "DopxC.dom gf"] \<phi>_in_hom
          by auto
        have 4: "S.arr (Hom_DopxG.map gf) \<and>
                 Hom_DopxG.map gf = S.mkArr (HomD.set (?y, ?Gx)) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                                            (inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))"
          using gf Hom_DopxG.preserves_arr Hom_DopxG_simp by blast
        have 5: "S.seq (\<Phi>o (DopxC.cod gf)) (Hom_FopxC.map gf) \<and>
                 S.comp (\<Phi>o (DopxC.cod gf)) (Hom_FopxC.map gf)
                     = S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                               ((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                                 o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x)))"
          by (metis gf 1 2 DopxC.arr_iff_in_hom DopxC.ide_cod Hom_FopxC.preserves_hom
                    S.comp_mkArr S.seqI' \<Phi>o_in_hom)
        have 6: "S.comp (Hom_DopxG.map gf) (\<Phi>o (DopxC.dom gf))
                  = S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                            ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                              o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x)))"
          by (metis 3 4 S.comp_mkArr)
        have 7:
          "restrict ((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                      o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) (HomC.set (?Fy, ?x))
             = restrict ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                          o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) (HomC.set (?Fy, ?x))"
        proof (intro restrict_ext)
          show "\<And>h. h \<in> HomC.set (?Fy, ?x) \<Longrightarrow>
                     ((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                       o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h
                       = ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                           o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h"
          proof -
            fix h
            assume h: "h \<in> HomC.set (?Fy, ?x)"
            have \<psi>h: "\<guillemotleft>HomC.\<psi> (?Fy, ?x) h : ?Fy \<rightarrow>\<^sub>C ?x\<guillemotright>"
              using gf h HomC.\<psi>_mapsto [of ?Fy ?x] CopxC.ide_char by auto
            show "((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                       o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h
                       = ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                           o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h"
            proof -
              have
                "((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                   o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h
                   = inD (\<phi> ?y' (?f \<cdot>\<^sub>C HomC.\<psi> (?Fy, ?x) h \<cdot>\<^sub>C ?Fg))"
                using gf \<psi>h HomC.\<phi>_mapsto HomC.\<psi>_mapsto \<phi>_in_hom
                      \<psi>_inC [of "?f \<cdot>\<^sub>C HomC.\<psi> (?Fy, ?x) h \<cdot>\<^sub>C ?Fg"]
                by auto
              also have "... = inD (D ?Gf (D (\<phi> ?y (HomC.\<psi> (?Fy, ?x) h)) ?g))"
                by (metis (no_types, lifting) C.arr_cod C.arr_dom_iff_arr C.arr_iff_in_hom
                    C.in_homE D.arr_cod_iff_arr D.arr_iff_in_hom F.preserves_reflects_arr
                    \<phi>_naturality \<psi>h)
              also have "... = ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                                o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x))) h"
                using gf \<psi>h \<phi>_in_hom by simp
              finally show ?thesis by auto
            qed
          qed
        qed
        have 8: "S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                         ((inD o \<phi> ?y' o HomC.\<psi> (?Fy', ?x'))
                           o (inC o (\<lambda>h. ?f \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C ?Fg) o HomC.\<psi> (?Fy, ?x)))
                    = S.mkArr (HomC.set (?Fy, ?x)) (HomD.set (?y', ?Gx'))
                              ((inD o (\<lambda>h. ?Gf \<cdot>\<^sub>D h \<cdot>\<^sub>D ?g) o HomD.\<psi> (?y, ?Gx))
                                o (inD o \<phi> ?y o HomC.\<psi> (?Fy, ?x)))"
          using 5 7 by force
        show ?thesis using 5 6 8 by auto
      qed
    qed

    lemma \<Phi>_simp:
    assumes YX: "DopxC.ide yx"
    shows "\<Phi>.map yx =
           S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                   (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))"
      using YX \<Phi>o_def by simp
      
    abbreviation \<Psi>o
    where "\<Psi>o yx \<equiv> S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomC.set (F (fst yx), snd         AOT_hence \<open\forallx <>Ox&[\<>
                            (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))"

    lemma \<Psi>o_in_hom:
    assumes yx: "DopxC.ide yx"
    shows "\<guillemotleft>\<Psi>o yx : Hom_DopxG.map yx \<rightarrow>\<^sub>S Hom_FopxC.map yx\<guillemotright>"
    proof -
      have "Hom_FopxC.map yx = S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))"
        using yx HomC.map_ide by auto
      moreover have "Hom_DopxG.map yx = S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))"
        using yx HomD.map_ide by auto
      moreover have "\<guillemotleft>\<Psi>o yx : S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                                 \<rightarrow>\<^sub>S S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))\<guillemotright>"
      proof (intro S.mkArr_in_hom)
        show "HomC.set (F (fst yx), snd yx) \<subseteq> S.Univ" using yx HomC.set_subset_Univ by simp
        show "HomD.set (fst yx, G (snd yx)) \<subseteq> S.Univ" using yx HomD.set_subset_Univ by simp
        show "inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx))
                 \<in> HomD.set (fst yx, G (snd yx)) \<rightarrow> HomC.set (F (fst yx), snd yx)"
        proof
          fix x
          assume x: "x \<in> HomD.set (fst yx, G (snd yx))"
          show "(inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx))) x
                  \<in> HomC.set (F (fst yx), snd yx)"
usingx  HomD.psi>mapsto[of" ""G(snd )" <of"snd yx]
                  HomC.\<phi>_mapsto [of "F (fst yx)" "snd yx"]
            by auto
        qed
      qed
      ultimately show ?thesis by auto
    qed

    lemma \<Phi>_inv:
    assumes yx: "DopxC.ide yx"
    shows "S.inverse_arrows (\<Phi>.map yx) (\<Psi>o yx)"
    proof -
      have 1: "\<guillemotleft>\<Phi>.map yx : Hom_FopxC.map yx \<rightarrow>\<^sub>S Hom_DopxG.map yx\<guillemotright>"
        using yx \<Phi>.preserves_hom [of yx yx yx] DopxC.ide_in_hom by blast
      have 2: "\<guillemotleft>\<Psi>o yx : Hom_DopxG.map yx \<rightarrow>\<^sub>S Hom_FopxC.map yx\<guillemotright>"
        using yx \<Psi>o_in_hom by simp
      have 3: "\<Phi>.map yx = S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                                   (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                                   (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))"
        using yx \<Phi>_simp by blast
      have antipar: "S.antipar (\<Phi>.map yx) (\<Psi>o yx)"
        using 1 2 by blast
      moreover have "S.ide (S.comp (\<Psi>o yx) (\<Phi>.map yx))"
      proof -
        have "S.comp (\<Psi>o yx) (\<Phi>.map yx) =
                  S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                          ((inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))
                            o (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx)))"
          using 1 2 3 antipar S.comp_mkArr by auto
        also have
          "... = S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                         (\<lambda>x. x)"
        proof -
          have
            "S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (\<lambda>x. x)
               = ..."
          proof
            show
              "S.arr (S.mkArr (HomC.set (F (fst yx), snd yx)) (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                     (\<lambda>x. x))"
              using yx HomC.set_subset_Univ by simp
            show "\<And>x. x \<in> HomC.set (F (fst yx), snd yx) \<Longrightarrow>
                        x = ((inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))
                             o (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))) x"
            proof -
              fix x
              assume x: "x \<in> HomC.set (F (fst yx), snd yx)"
              have "((inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))
                             o (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))) x
                      = inC (\<psi> (snd yx) (HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx))
                              (inD (\<phi> (fst yx) (HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx) x)))))"
                by simp
              also have "... = inC (\<psi> (snd yx) (\<phi> (fst yx) (HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx) x)))"
                using x yx HomC.\<psi>_mapsto [of "F (fst yx)" "snd yx"] \<phi>_in_hom by force
              also have "... = inC (HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx) x)"
                using x yx HomC.\<psi>_mapsto [of "F (fst yx)" "snd yx"] \<psi>_\<phi> by force
              also have "... = x" using x yx inC_\<psi> by simp
              finally show "x = ((inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))
                                   o (inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))) x"
by
            qed
          qed
          thus ?thesis by auto
        qed
        also have "... = S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))"
          using yx S.mkIde_as_mkArr HomC.set_subset_Univ by force
        finally have
            "S.comp (\<Psi>o yx) (\<Phi>.map yx) = S.mkIde (HomC.set (F (fst yx), snd yx))"
          by auto
        thus ?thesis using yx HomC.set_subset_Univ S.ide_mkIde by simp
      qed
      moreover have "S.ide (S.comp (\<Phi>.map yx) (\<Psi>o yx))"
      proof -
        have "S.comp (\<Phi>.map yx) (\<Psi>o yx) =
                  S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                          ((inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))
                            o (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx))))"
          using 1 2 3 S.comp_mkArr antipar by fastforce
        also
          have "... = S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                              (\<lambda>x. x)"
        proof -
          have
            "S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (\<lambda>x. x)
                = ..."
          proof
            show
              "S.arr (S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))
                     (\<lambda>x. x))"
              using yx HomD.set_subset_Univ by simp
            show "\<And>x. x \<in> (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) \<Longrightarrow>
                        x = ((inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))
                            o (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))) x"
            proof -
              fix x
              assume x: "x \<in> HomD.set (fst yx, G (snd yx))"
              have "((inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))
                          o (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))) x
                       = inD (\<phi> (fst yx) (HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx)
                            (inC (\<psi> (snd yx) (HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)) x)))))"
                by simp
              also have "... = inD (\<phi> (fst yx) (\<psi> (snd yx) (HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)) x)))"
              proof -
                have "\<guillemotleft>\<psi> (snd yx) (HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)) x) : F (fst yx) \<rightarrow> snd yx\<guillemotright>"
                  using x yx HomD.\<psi>_mapsto [of "fst yx" "G (snd yx)"] \<psi>_in_hom by auto
                thus ?thesis by simp
              qed
              also have "... = inD (HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)) x)"
                using x yx HomD.\<psi>_mapsto [of "fst yx" "G (snd yx)"] \<phi>_\<psi> by force
              also have "... = x" using x yx inD_\<psi> by simp
              finally show "x = ((inD o \<phi> (fst yx) o HomC.\<psi> (F (fst yx), snd yx))
                                   o (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))) x"
                by auto
            qed
          qed
          thus ?thesis by auto
        qed
        also have "... = S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))"
          using yx S.mkIde_as_mkArr HomD.set_subset_Univ by force
        finally have
            "S.comp (\<Phi>.map yx) (\<Psi>o yx) = S.mkIde (HomD.set (fst yx, G (snd yx)))"
          by auto
        thus ?thesis using yx HomD.set_subset_Univ S.ide_mkIde by simp
      qed
      ultimately show ?thesis by auto
    qed

    interpretation \<Phi>: natural_isomorphism DopxC.comp S.comp
                                          Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map \<Phi>.map
      using \<Phi>_inv by unfold_locales blast

    interpretation \<Psi>: inverse_transformation DopxC.comp S.comp
                           Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map \<Phi>.map ..

    interpretation \<Phi>\<Psi>: inverse_transformations DopxC.comp S.comp
                           Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map \<Phi>.map \<Psi>.map
      using \<Psi>.inverts_components by unfold_locales simp

    abbreviation \<Phi> where "\<Phi> \<equiv> \<Phi>.map"
    abbreviation \<Psi> where "\<Psi> \<equiv> \<Psi>.map"

    abbreviation HomC where "HomC \<equiv> HomC.map"
    abbreviation \<phi>C where "\<phi>C \<equiv> \<lambda>_. inC"
    abbreviation HomD where "HomD \<equiv> HomD.map"
    abbreviation \<phi>D where "\<phi>D \<equiv> \<lambda>_. inD"

    theorem induces_hom_adjunction: "hom_adjunction C D S.comp S.setp \<phi>C \<phi>D F G \<Phi> \<Psi>" ..

    lemma \<Psi>_simp:
    assumes yx: "DopxC.ide yx"
    shows "\<Psi> yx = S.mkArr (HomD.set (fst yx, G (snd yx))) (HomC.set (F (fst yx), snd yx))
                          (inC o \<psi> (snd yx) o HomD.\<psi> (fst yx, G (snd yx)))"
assms> \Phi_ .inverse_uniquebysimp

    text\<open>
      The original @{term \<phi>} and @{term \<psi>} can be recovered from @{term \<Phi>} and @{term \<Psi>}.
\<close>

    interpretation \<Phi>: set_valued_transformation DopxC.comp S.comp S.setp
                                                Hom_FopxC.map Hom_DopxG.map \<Phi>.map ..
           proof(rule raa-or1
    interpretation \<Psi>: set_valued_transformation DopxC.comp S.comp S.setp
                                                Hom_DopxG.map Hom_FopxC.map \<Psi>.map ..

    lemma \<phi>_in_terms_of_\<Phi>':
    assumes y: "D.ide y" and f: "\<guillemotleft>f: F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
    shows "\<phi> y f = (HomD.\<psi> (y, G x) o \<Phi>.FUN (y, x) o inC) f"
    proof -
      have x: "C.ide x" using f by auto
      have "(HomD.\<psi> (y, G x) o \<Phi>.FUN (y, x) o inC) f =
              HomD.\<psi> (y, G x)
                     (restrict (inD o \<phi> y o HomC.\<psi> (F y, x)) (HomC.set (F y, x)) (inC f))"
      proof -
        have "S.arr (\<Phi> (y, x))" using x y by fastforce
        thus ?thesis
          using x y \<Phi>o_def by simp
      qed
      also have "... = \<phi> y f"
        using x y f HomC.\<phi>_mapsto \<phi>_in_hom HomC.\<psi>_mapsto C.ide_in_hom D.ide_in_hom
        by auto
      finally show ?thesis by auto
    qed

    lemma \<psi>_in_terms_of_\<Psi>':
    assumes x: "C.ide x" and g: "\<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
    shows "\<psi> x g = (HomC.\<psi> (F y, x) o \<Psi>.FUN (y, x) o inD) g"
    proof -
      have y: "D.ide y" using g by auto
      have "(HomC.\<psi> (F y, x) o \<Psi>.FUN (y, x) o inD) g =
              HomC.\<psi> (F y, x)
                     (restrict (inC o \<psi> x o HomD.\<psi> (y, G x)) (HomD.set (y, G x)) (inD g))"
      proof -
\Psi y x))"
          using x y \<Psi>.preserves_reflects_arr [of "(y, x)"] by simp
        thus ?thesis
          using x y \<Psi>_simp by simp
      qed
      also have "... = \<psi> x g"
        using x y g HomD.\<phi>_mapsto \<psi>_in_hom HomD.\<psi>_mapsto C.ide_in_hom D.ide_in_hom
        by auto
      finally show ?thesis by auto
    qed

  end

  section "Hom-Adjunctions Induce Meta-Adjunctions"

  context hom_adjunction
  begin

    definition \<phi> :: "'d \<Rightarrow> 'c \<Rightarrow> 'd"
    where
      "\<phi> y h = (HomD.\<psi> (y, G (C.cod h)) o \<Phi>.FUN (y, C.cod h) o \<phi>C (F y, C.cod h)) h"
    
    definition \<psi> :: "'c \<Rightarrow> 'd \<Rightarrow> 'c"
    where
      "\<psi> x h = (HomC.\<psi> (F (D.dom h), x) o \<Psi>.FUN (D.dom h, x) o \<phi>D (D.dom h, G x)) h"

    lemma Hom_FopxC_map_simp:
    assumes "DopxC.arr gf"
    shows "Hom_FopxC.map gf =
              S.mkArr (HomC.set (F (D.cod (fst gf)), C.dom (snd gf)))
                      (HomC.set (F (D.dom (fst gf)), C.cod (snd gf)))            
                      (\<phi>C (F (D.dom (fst gf)), C.cod (snd gf))
                           o (\<lambda>h. snd gf \<cdot>\<^sub>C h \<cdot>\<^sub>C F (fst gf))
                           o HomC.\<psi> (F (D.cod (fst gf)), C.dom (snd gf)))"
                 (safeintro!:><>C"cqt:")

 lemma Hom_DopxG_map_simp:
 assumes "DopxC.arr gf"
 shows "Hom_DopxG.map gf =
 S.mkArr (HomD.set (D.cod (fst gf), G (C.dom (snd gf))))
 (HomD.set (D.dom (fst gf), G (C.cod (snd gf))))
 (φD (D.dom (fst gf), G (C.cod (snd gf)))
 o (λh. G (snd gf) D h D fst gf)
 o HomD.ψ (D.cod (fst gf), G (C.dom (snd gf))))"
 using assms HomD.map_def by simp
 
 lemma Φ_Fun_mapsto:
 assumes "D.ide y" and "«f : F y C x¬"
 shows "Φ.FUN (y, x) HomC.set (F y, x) HomD.set (y, G x)"
 proof -
 have "S.arr (Φ (y, x)) Φ.DOM (y, x) = HomC.set (F y, x)
 Φ.COD (y, x) = HomD.set (y, G x)"
 using assms HomC.set_map HomD.set_map by auto
 thus ?thesis using S.Fun_mapsto by blast
 qed

 lemma φ_mapsto:
 assumes y: "D.ide y"
 shows "φ y C.hom (F y) x D.hom y (G x)"
 proof
 fix h
 assume h: "h C.hom (F y) x"
 hence 1: " «h : F y C x¬" by simp
 show "φ y h D.hom y (G x)"
 proof -
 have "φC (F y, x) h HomC.set (F y, x)"
 using y h 1 HomC.φ_mapsto [of "F y" x] by fastforce
 hence "Φ.FUN (y, x) (φC (F y, x) h) HomD.set (y, G x)"
 using h y Φ_Fun_mapsto by auto
 thus ?thesis
 using y h 1 φ_def HomC.φ_mapsto HomD.ψ_mapsto [of y "G x"] by fastforce
 qed
 qed

 lemma Φ_simp:
 assumes "D.ide y" and "C.ide x"
 shows "S.arr (Φ (y, x))"
 and "Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
 (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))"
 proof -
 show 1: "S.arr (Φ (y, x))" using assms by auto
 hence "Φ (y, x) = S.mkArr (Φ.DOM (y, x)) (Φ.COD (y, x)) (Φ.FUN (y, x))"
 using S.mkArr_Fun by metis
 also have "... = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x)) (Φ.FUN (y, x))"
 using assms HomC.set_map HomD.set_map by fastforce
 also have "... = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
 (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))"
 proof (intro S.mkArr_eqI')
 show 2: "S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x)) (Φ.FUN (y, x)))"
 using 1 calculation by argo
 show "h. h HomC.set (F y, x) ==>
 Φ.FUN (y, x) h = (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)) h"
 proof -
 fix h
 assume h: "h HomC.set (F y, x)"
 have "(φD (y, G x) o φ y o HomC.ψ (F y, x)) h =
 φD (y, G x) (ψD (y, G x) (Φ.FUN (y, x) (φC (F y, x) (ψC (F y, x) h))))"
 proof -
 have "«ψC (F y, x) h : F y C x¬"
 using assms h HomC.ψ_mapsto [of "F y" x] by auto
 thus ?thesis
 using h φ_def by auto
 qed
 also have "... = φD (y, G x) (ψD (y, G x) (Φ.FUN (y, x) h))"
 using assms h HomC.φ_ψ Φ_Fun_mapsto by simp
 also have "... = Φ.FUN (y, x) h"
 using assms h Φ_Fun_mapsto [of y "ψC (F y, x) h"] HomC.ψ_mapsto
 HomD.φ_ψ [of y "G x"] C.ide_in_hom D.ide_in_hom
 by blast
 finally show "Φ.FUN (y, x) h = (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)) h" by auto
 qed
 qed
 finally show "Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
 (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))"
 by force
 qed

 lemma Ψ_Fun_mapsto:
 assumes "C.ide x" and "«g : y D G x¬"
 shows "Ψ.FUN (y, x) HomD.set (y, G x) HomC.set (F y, x)"
 proof -
 have "S.arr (Ψ (y, x)) Ψ.COD (y, x) = HomC.set (F y, x)
 Ψ.DOM (y, x) = HomD.set (y, G x)"
 using assms HomC.set_map HomD.set_map by auto
 thus ?thesis using S.Fun_mapsto by fast
 qed

 lemma ψ_mapsto:
 assumes x: "C.ide x"
 shows "ψ x D.hom y (G x) C.hom (F y) x"
 proof
 fix h
 assume h: "h D.hom y (G x)"
 hence 1: "«h : y D G x¬" by auto
 show "ψ x h C.hom (F y) x"
 proof -
 have "Ψ.FUN (y, x) (φD (y, G x) h) HomC.set (F y, x)"
 proof -
 🚫> \open>possible worlds
j \<<commentstates
t
 using x h 1 HomD.φ_mapsto [of y "G x"] by fastforce
 
 using h x Ψ_Fun_mapsto by auto
 

 using x h 1 ψ_def HomD.φ_mapsto HomC.ψ_mapsto [of "F y" x] by fastforce
 2 .. ―two place relations

    qed


    assumes "D.ide y" and "C.ide x"
    shows "S.arr (Ψ (y, x))"
    and (y) SkArr )
                            (φν :: "νκ_ [0 Sme
    proof -
      show 1: "S.arr (Ψtextopenlabel{TAO_Embedding_AbstractObjectsToSpecialUrelements}
      hence "\<Psi .DOM (y, x)) (Ψ.FUN (y, x))"
        
      also have "... = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x))lift_definitio exe1::"\Pi<sub1==>κo" ( F x s w . (proper x) (rep x)) s w" .<sub>\Rightarrowκ==>==> ) is
        using assms HomC.set_map HmDse_mapbyaut

      .rr(HmDst y, ) (Hm.e F ,x)
                               (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))"
 proof (intro S.mkArr_eqI')
 show "S.arr (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x)) (Ψ
 using alulaio yag
 🪙hh \<n st (y Gx)==>
 Ψ.FUN (y, x) h = (φlift forall>==>)==>🚫
        proof
          x
          assume h: "h HomD.set (y, G x)"
          have \phi < x o HomD.ψ (y, G x)) h =
                   φo :: "(o==>)==>>"(binder><^bold> [89is
       
            have "\guillemotleftD (y, G x) h : y D G x¬
              using assms h HomD.ψ_mapsto [of y "G x"] by aut\label{TAO_Embedding_Lambda}
            thus ?hes
              psi>_def by auto
          d

            using assms h HomD.φ_ψ Ψ_Fun_mapsto by simp
          also have "... = Ψ.FUN (y, x) h"
            using assms h \Psi_Fun_mapsto HomD.ψ_mapsto [of y "G x"] HomC.φ_ψ [of "F y" x]
                  C.ide_in_hom D.ide_in_hom
            by blast
         how"Psi.FUN (y, )h = (<phi (F y, x o<> x o HomD.ψ (y, G x)) h" by auto
        qed
      qed
      finally show "Ψ)
                                       (φ>x o ψD (y,  x)
        yorce
    qed

    text\>
      The length of the next proof stems from having to useabbreviation (input PossiblyContingentObjectExists
ofermrties 
      corresponding
\>

    interpretation\>lectionDefinitions
    proof
    : and  c
      assume y: "D.ide y" and h: "«h : F y "
      have x: "C.ide x" using h by auto

      proof -
        have "Φ.FUN (y, x)  HomC.set (F y, x)  HomD.set (y, G x)"
          using<_Fun_mapsto by blast
 ?thesis
          using x y h\<phi__mapsto [of y "G x"] HomC.φby aut
      qed
      w\> (<>y) = h
      proof -
        have 0: "restrict_surj
                   = restrict (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) (HomC.set (F y, x))"
        proof -
          have 1: "S.ide (Ψ (y, x) S Φ (y, x))"
            using x y ΦΨ.inv [of "(y, x)"] by auto
          hence 6: "S.seq (Ψ (y, x)) (Φ (y, x))" by auto
          have 2: "Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                      (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)) 
                   Ψ (y, x) = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x))
                                      (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))"
            using x y Φ
          have 3: "S (Ψ (y, x)) (Φ (y, x))
                    = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                              (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x))"
          proof -
            have 4: "S.arr (Ψ (y, x) S Φ (y, x))" using 1 by auto
            hence "S (Ψ (y, x)) (Φ (y, x))
                     = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                               ((φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))
                                  o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))"
              using 1 2 S.ide_in_hom S.comp_mkArr by fastforce
            also have "... = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                                     (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x))"
            proof (intro S.mkArr_eqI')
              show "S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                                   ((φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))
                                     o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))))"
                using 4 calculation by simp
              show "h. h  HomC.set (F y, x) ==>
                          ((φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))
                            o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))) h =
                          (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) h"
              proof -
                fix h
                assume h: " HomC.set (F y, x)"
                hence "«φ y (ψC (F y, x) h) : y D G x¬"
                  using x y h HomC.ψ_mapsto [of "F y" x] φ_mapsto by auto
                thus "((φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))
                            o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))) h =
                      (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) h"
                  using x y 1 φ_mapsto HomD.ψ_φ by simp
              qed
            qed
            finally show ?thesis by simp
          qed
          moreover have "Ψ (y, x) S Φ (y, x)
                             = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x)) (λh. h)"
            using 1 2 6 calculation S.mkIde_as_mkArr S.arr_mkArr S.dom_mkArr S.ideD(2)
            by metis
          ultimately have 4: "S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                                      (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x))
                                = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x)) (λh. h)"
            by auto
          have 5: "S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                                  (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)))"
            using 1 3 6 by presburger
          hence "restrict (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                  = S.Fun (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y, x))
                         (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)))"
            by auto
          also have "... = restrict (λh. h) (HomC.set (F y, x))"
            using 4 5 by auto
          finally show ?thesis by auto
        qed
        moreover have "φC (F y, x) h  HomC.set (F y, x)"
          using x y h HomC.φ_mapsto [of "F y" x] by auto
        ultimately have
            "φC (F y, x) h = (φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) (φC (F y, x) h)"
          using x y h HomC.φ_mapsto [of "F y" x] by fast
        hence "ψC (F y, x) (φC (F y, x) h) =
                 ψC (F y, x) ((φC (F y, x) o (ψ x o φ y) o ψC (F y, x)) (φC (F y, x) h))"
          by simp
        hence "h = ψC (F y, x) (φC (F y, x) (ψ x (φ y (ψC (F y, x) (φC (F y, x) h)))))"
          using x y h HomC.ψ_φ [of "F y" x] by simp
        also have "... = ψ x (φ y h)"
          using x y h HomC.ψ_φ HomC.ψ_φ φ_mapsto ψ_mapsto
          by (metis PiE mem_Collect_eq)
        finally show ?thesis by auto
      qed
      next
      fix x :: 'c and h :: 'd and y :: 'd
      assume x: "C.ide x" and h: "«h : y D G x¬"
      have y: "D.ide y" using h by auto
      show "«ψ x h : F y C x¬" using x y h ψ_mapsto [of x y] by auto
      show "φ y (ψ x h) = h"
      proof -
        have 0: "restrict (λh. h) (HomD.set (y, G x))
                   = restrict (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) (HomD.set (y, G x))"
        proof -
          have 1: "S.ide (S (Φ (y, x)) (Ψ (y, x)))"
            using x y ΦΨ.inv by force
          hence 6: "S.seq (Φ (y, x)) (Ψ (y, x))" by auto
          have 2: "Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                      (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)) 
                   Ψ (y, x) = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x))
                                       (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))"
            using x h Φ_simp Ψ_simp by auto
          have 3: "S (Φ (y, x)) (Ψ (y, x))
                     = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                               (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x))"
          proof -
            have 4: "S.seq (Φ (y, x)) (Ψ (y, x))" using 1 by auto
            hence "S (Φ (y, x)) (Ψ (y, x))
                     = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                               ((φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))
                                 o (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x)))"
              using 1 2 6 S.ide_in_hom S.comp_mkArr by fastforce
            also have "... = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                                     (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x))"
            proof
              show "S.arr (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                                   ((φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))
                                     o (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))))"
                using 4 calculation by simp
              show "h. h  HomD.set (y, G x) ==>
                          ((φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))
                            o (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))) h =
                          (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) h"
              proof -
                fix h
                assume h: " HomD.set (y, G x)"
                hence "«ψ x (ψD (y, G x) h) : F y C x¬"
                  using x y HomD.ψ_mapsto [of y "G x"] ψ_mapsto by auto
                thus "((φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))
                            o (φC (F y, x) o ψ x o ψD (y, G x))) h =
                      (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) h"
                  using x y HomC.ψ_φ by simp
              qed
            qed
            finally show ?thesis by auto
          qed
          moreover have "Φ (y, x) S Ψ (y, x) =
                           S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x)) (λh. h)"
            using 1 2 6 calculation
            by (metis S.arr_mkArr S.cod_mkArr S.ide_in_hom S.mkIde_as_mkArr S.in_homE)
          ultimately have 4: "S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                                      (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x))
                                = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x)) (λh. h)"
            by auto
          have 5: "S.arr (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                                  (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)))"
            using 1 3 by fastforce
          hence "restrict (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                  = S.Fun (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y, G x))
                         (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)))"
            by auto
          also have "... = restrict (λh. h) (HomD.set (y, G x))"
            using 4 5 by auto
          finally show ?thesis by auto
        qed
        moreover have "φD (y, G x) h  HomD.set (y, G x)"
          using x y h HomD.φ_mapsto [of y "G x"] by auto
        ultimately have
            "φD (y, G x) h = (φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) (φD (y, G x) h)"
          by fast
        hence "ψD (y, G x) (φD (y, G x) h) =
                ψD (y, G x) ((φD (y, G x) o (φ y o ψ x) o ψD (y, G x)) (φD (y, G x) h))"
          by simp
        hence "h = ψD (y, G x) (φD (y, G x) (φ y (ψ x (ψD (y, G x) (φD (y, G x) h)))))"
          using x y h HomD.ψ_φ by simp
        also have "... = φ y (ψ x h)"
          using x y h HomD.ψ_φ HomD.ψ_φ [of "φ y (ψ x h)" y "G x"] φ_mapsto ψ_mapsto
          by fastforce
        finally show ?thesis by auto
      qed
      next
      fix x :: 'c and x' :: 'c and y :: 'd and y' :: 'd
      and f :: 'c and g :: 'd and h :: 'c
      assume f: "«f : x C x'¬" and g: "«g : y' D y¬" and h: "«h : F y C x¬"
      have x: "C.ide x" using f by auto
      have y: "D.ide y" using g by auto
      have x': "C.ide x'" using f by auto
      have y': "D.ide y'" using g by auto
      show "φ y' (f C h C F g) = G f D φ y h D g"
      proof -
        have 0: "restrict ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                           o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))
                       (HomC.set (F y, x))
                = restrict ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                             o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g)) o ψC (F y, x))
                                     also \[ >>F]  <>^E  <equivu\noteqsub \>
        proof -
          have 1"S.arr (Φ (y, x))
                   Φ (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                      (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))"
                using x y Φ_simp [of y x] by auto
          have 2"S.arr (Φ (y', x'))
                   Φ (y', x') = S.mkArr (HomC.set (F y', x')) (HomD.set (y', G x'))
                                        (φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))"
                using x' y' Φ_simp [of y' x'] by auto
          have 3"S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                  ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                                    o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))))
                    S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                             ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                               o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))
                     = S (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                  (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x)))
                         (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                  (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))"
          proof -
            have 1"S.seq (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                  (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x)))
                           (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                  (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))"
            proof -
              have "S.arr (Hom_DopxG.map (g, f))
                    Hom_DopxG.map (g, f)
                        = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                  (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))"
                using f g Hom_DopxG.preserves_arr Hom_DopxG_map_simp by fastforce
              thus ?thesis
                using 1 S.cod_mkArr S.dom_mkArr S.seqI by metis
            qed
            have "S.seq (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                 (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x)))
                        (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                 (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))"
              using 1 by (intro S.seqI', auto)
            moreover have "S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                             ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                               o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))
                             = S (S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                          (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x)))
                                 (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                                          (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))"
              using 1 S.comp_mkArr by fastforce
            ultimately show ?thesis by auto
          qed
          moreover have
             4"S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                                  o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x))))
                  S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                           ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                             o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))
                     = S (S.mkArr (HomC.set (F y', x')) (HomD.set (y', G x'))
                                  (φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x')))
                         (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                  (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))"
          proof -
            have 5"S.seq (S.mkArr (HomC.set (F y', x')) (HomD.set (y', G x'))
                                    (φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x')))
                           (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                    (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))"
            proof -
              have "S.arr (Hom_FopxC.map (g, f))
                    Hom_FopxC.map (g, f)
                          = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                    (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x))"
                using f g Hom_FopxC.preserves_arr Hom_FopxC_map_simp by fastforce
  ?using.dom_mkArr.seqI
            qed
            have "S.seq (S.mkArr (HomC.set (F y', x')) (HomD.set (y', G x'))
                                 (φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x')))
                        (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                 (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))"
              using 5 by (intro S.seqI', auto)
            moreover have "S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                   ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                                     o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))
                             = S (S.mkArr (HomC.set (F y', x')) (HomD.set (y', G x'))
                                          (φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x')))
                                 (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                          (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))"
              using 5 S.comp_mkArr by fastforce
            ultimately show ?thesis by argo
          qed
          moreover have 2:
              "S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                       ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                         o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))
                  = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                            ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                              o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))"
          proof -
            have
              "S (Hom_DopxG.map (g, f)) (Φ (y, x)) = S (Φ (y', x')) (Hom_FopxC.map (g, f))"
              using f g Φ.naturality1 Φ.naturality2 by fastforce
            moreover have "Hom_DopxG.map (g, f)
                             = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomD.set (y', G x'))
                                       (φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))"
              using f g Hom_DopxG_map_simp [of "(g, f)"by fastforce
            moreover have "Hom_FopxC.map (g, f)
                             = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomC.set (F y', x'))
                                       (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x))"
              using f g Hom_FopxC_map_simp [of "(g, f)"by fastforce
            ultimately show ?thesis using 1 2 3 4 by simp
          qed
          ultimately have 6"S.arr (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                             ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                                               o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))))"
            by fast
          hence "restrict ((φD (y', G x') o (λh. D (G f) (D h g)) o ψD (y, G x))
                            o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x)))
                          (HomC.set (F y, x))
                  = S.Fun (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                  ((φD (y', G x') o (λh. G f D h D g) o ψD (y, G x))
                                    o (φD (y, G x) o φ y o ψC (F y, x))))"
            by simp
          also have "... = S.Fun (S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y', G x'))
                                       ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                                         o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x))))"
            using 2 by argo
          also have "... = restrict ((φD (y', G x') o φ y' o ψC (F y', x'))
                                      o (φC (F y', x') o (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x)))
                                    (HomC.set (F y, x))"
            using 4 S.Fun_mkArr by meson
          finally show ?thesis by auto
        qed
        hence 5"((φD (y', G x') (λh. G f D h D g) ψD (y, G x))
                     (φD (y, G x) φ y ψC (F y, x))) (φC (F y, x) h) =
                   (φD (y', G x') φ y' ψC (F y', x')
                      (φC (F y', x') (λh. f C h C F g)) ψC (F y, x)) (φC (F y, x) h)"
        proof -
          have "φC (F y, x) h HomC.set (F y, x)"
            using x y h HomC.φ_mapsto [of "F y" x] by auto
          thus ?thesis
            using 0 h restr_eqE [of "(φD (y', G x') (λh. G f D h D g) ψD (y, G x))
                                       (φD (y, G x) φ y ψC (F y, x))"
                                    "HomC.set (F y, x)"
                                    "(φD (y', G x') φ y' ψC (F y', x'))
                                        (φC (F y', x') (λh. f C h C F g) o ψC (F y, x))"]
            by fast
        qed
        show ?thesis
        proof -
          have "φ y' (C f (C h (F g))) =
                  ψD (y', G x') (φD (y', G x') (φ y' (ψC (F y', x') (φC (F y', x')
                     (C f (C (ψC (F y, x) (φC (F y, x) h)) (F g)))))))"
          proof -
            have "ψD (y', G x') (φD (y', G x') (φ y' (ψC (F y', x') (φC (F y', x')
                     (C f (C (ψC (F y, x) (φC (F y, x) h)) (F g)))))))
                    = ψD (y', G x') (φD (y', G x') (φ y' (ψC (F y', x') (φC (F y', x')
                         (C f (C h (F g)))))))"
              using x y h HomC.ψ_φ by simp
            also have "... = ψD (y', G x') (φD (y', G x') (φ y' (C f (C h (F g)))))"
              using f g h HomC.ψ_φ [of "C f (C h (F g))"by fastforce
            also have "... = φ y' (C f (C h (F g)))"
            proof -
              have "«φ y' (f C h C F g) : y' D G x'¬"
                using f g h y' x' φ_mapsto [of y' x'] by auto
              thus ?thesis by simp
            qed
            finally show ?thesis by auto
          qed
          also have
             "... = ψD (y', G x')
                       (φD (y', G x')
                           (G f D ψD (y, G x) (φD (y, G x) (φ y (ψC (F y, x) (φC (F y, x) h))))
                                D g))"
            using 5 by force
          also have "... = D (G f) (D (φ y h) g)"
          proofAOT_have \A([F]u & u E v) \A[λy [F]y & y ='font-size: 18px;'>≠E v]u
            have \<phi>yh: "\<guillemotleft>\<phi> y h : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
              using x y h \<phi>_mapsto by auto
            have "\<psi>D (y', G x')
                     (\<phi>D (y', G x')
                         (G f \<cdot>\<^sub>D \<psi>D (y, G x) (\<phi>D (y, G x) (\<phi> y (\<psi>C (F y, x) (\<phi>C (F y, x) h))))
                              \<cdot>\<^sub>D g)) =
                  \<psi>D (y', G x') (\<phi>D (y', G x') (G f \<cdot>\<^sub>D \<psi>D (y, G x) (\<phi>D (y, G x) (\<phi> y h)) \<cdot>\<^sub>D g))"
              using x y f g h by auto
            also have "... = \<psi>D (y', G x') (\<phi>D (y', G x') (G f \<cdot>\<^sub>D \<phi> y h \<cdot>\<^sub>D g))"
              using \<phi>yh x' y' f g by simp
            also have "... = G f \<cdot>\<^sub>D \<phi> y h \<cdot>\<^sub>D g"
              using \<phi>yh f g by fastforce
            finally show ?thesis by auto
          qed
          finally show ?thesis by auto
        qed
      qed
    qed

    theorem induces_meta_adjunction:
    shows "meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>" ..

  end

  section "Putting it All Together"

  text\<open>
    Combining the above results, an interpretation of any one of the locales:
    \<open>left_adjoint_functor\<close>, \<open>right_adjoint_functor\<close>, \<open>meta_adjunction\<close>,
    \<open>hom_adjunction\<close>, and \<open>unit_counit_adjunction\<close> extends to an interpretation
    of \<open>adjunction\<close>.
\<close>

  context meta_adjunction
  begin

    interpretation S: replete_setcat .
    interpretation F: left_adjoint_functor D C F using has_left_adjoint_functor by auto
    Gright_adjoint_functor   G using has_right_adjoint_functor byauto

    interpretation \<eta>\<epsilon>: unit_counit_adjunction C D F G \<eta> \<epsilon>
      _adjunction
    interpretation \<Phi>\<Psi>: hom_adjunction C D S.comp S.setp \<phi>C \<phi>D F G \<Phi> \<Psi>
      using induces_hom_adjunction by auto

    theoreme "unnecessaryPhi g s"
    shows "adjunction C D S.comp S.setp \<phi>C \<phi>D F G \<phi> \<psi> \<eta> \<epsilon> \<Phi> \<Psi>"
      using \<epsilon>_map_simp \<eta>_map_simp \<phi>_in_terms_of_\<eta> \<phi>_in_terms_of_\<Phi>' \<psi>_in_terms_of_\<epsilon>
            \<psi>_in_terms_of_\<Psi>' \<Phi>_simp \<Psi>_simp \<eta>_def \<epsilon>_def
      by unfold_locales auto

  end

  context unit_counit_adjunction
  begin

    interpretation \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi> using induces_meta_adjunction by auto

    interpretation S: replete_setcat .
    interpretation F: left_adjoint_functor D C F using \<phi>\<psi>.has_left_adjoint_functor by auto
    interpretation G: right_adjoint_functor C D G using \<phi>\<psi>.has_right_adjoint_functor by auto

    interpretation \<Phi>\<Psi>: hom_adjunction C D S.comp S.setp
                          \<phi>\<psi>.\<phi>C \<phi>\<psi>.\<phi>D F G \<phi>\<psi>.\<Phi> \<phi>\<psi>.\<Psi>
      using \<phi>\<psi>.induces_hom_adjunction by auto

    theorem induces_adjunction:
    shows "adjunction C D S.comp S.setp \<phi>\<psi>.\<phi>C \<phi>\<psi>.\<phi>D F G \<phi> \<psi> \<eta> \<epsilon> \<phi>\<psi>.\<Phi> \<phi>\<psi>.\<Psi>"
      using \<epsilon>_in_terms_of_\<psi> \<eta>_in_terms_of_\<phi> \<phi>\<psi>.\<phi>_in_terms_of_\<Phi>' \<psi>_def \<phi>\<psi>.\<psi>_in_terms_of_\<Psi>'
            \<phi>\<psi>.\<Phi>_simp \<phi>\<psi>.\<Psi>_simp \<phi>_def
      by unfold_locales auto

  end

  context hom_adjunction
  begin
   
    interpretation \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>
      using induces_meta_adjunction by auto
    interpretation F: left_adjoint_functor D C F using \<phi>\<psi>.has_left_adjoint_functor by auto
    interpretation G: right_adjoint_functor C D G using \<phi>\<psi>.has_right_adjoint_functor by auto
    interpretation \<eta>\<epsilon>: unit_counit_adjunction C D F G \<phi>\<psi>.\<eta> \<phi>\<psi>.\<epsilon>
      using \<phi>\<psi>.induces_unit_counit_adjunction \<phi>\<psi>.\<eta>_def \<phi>\<psi>.\<epsilon>_def by auto

    theorem induces_adjunction:
    shows "adjunction C D S setp \<phi>C \<phi>D F G \<phi> \<psi> \<phi>\<psi>.\<eta> \<phi>\<psi>.\<epsilon> \<Phi> \<Psi>"
    proof
      fix x
      assume "C.ide x"
      thus "\<phi>\<psi>.\<epsilon> x = \<psi> x (G x)"
        using \<phi>\<psi>.\<epsilon>_map_simp \<phi>\<psi>.\<epsilon>_def by simp
      next
      fix y
      assume "D.ide y"
      thus "\<phi>\<psi>.\<eta> y = \<phi> y (F y)"
        using \<phi>\<psi>.\<eta>_map_simp \<phi>\<psi>.\<eta>_def by simp
      fix x y f
      assume y: "D.ide y" and f: "\<guillemotleft>f : F y \<rightarrow>\<^sub>C x\<guillemotright>"
      show "\<phi> y f = G f \<cdot>\<^sub>D \<phi>\<psi>.\<eta> y"
        using y f \<phi>\<psi>.\<phi>_in_terms_of_\<eta> \<phi>\<psi>.\<eta>_def by simp
      show "\<phi> y f = (\<psi>D (y, G x) \<circ> \<Phi>.FUN (y, x) \<circ> \<phi>C (F y, x)) f"
        using y f \<phi>_def by auto
      next
      fix x y g
      assume x: "C.ide x" and g: "\<guillemotleft>g : y \<rightarrow>\<^sub>D G x\<guillemotright>"
      show "\<psi> x g = \<phi>\<psi>.\<epsilon> x \<cdot>\<^sub>C F g"
        using x g \<phi>\<psi>.\<psi>_in_terms_of_\<epsilon> \<phi>\<psi>.\<epsilon>_def by simp
      show "\<psi> x g = (\<psi>C (F y, x) \<circ> \<Psi>.FUN (y, x) \<circ> \<phi>D (y, G x)) g"
        using x g \<psi>_def by fast
      next
      fix x y
      assume x: "C.ide x" and y: "D.ide y"
      show "\<Phi> (y, x) = S.mkArr (HomC.set (F y, x)) (HomD.set (y, G x))
                               (\<phi>D (y, G x) o \<phi> y o \<psi>C (F y, x))"
        using x y \<Phi>_simp by simp
      show "\<Psi> (y, x) = S.mkArr (HomD.set (y, G x)) (HomC.set (F y, x))
                                (\<phi>C (F y, x) o \<psi> x o \<psi>D (y, G x))"
        using x y \<Psi>_simp by simp
    qed

  end

  context left_adjoint_functor
  begin

    interpretation \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>
      using induces_meta_adjunction by auto
    interpretation S: replete_setcat .

    theorem induces_adjunction:
    shows "adjunction C D S.comp S.setp \<phi>\<psi>.\<phi>C \<phi>\<psi>.\<phi>D F G \<phi> \<psi> \<phi>\<psi>.\<eta> \<phi>\<psi>.\<epsilon> \<phi>\<psi>.\<Phi> \<phi>\<psi>.\<Psi>"
      using \<phi>\<psi>.induces_adjunction by auto

  end

  context right_adjoint_functor
  begin

    interpretation \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>
      using induces_meta_adjunction by auto
    interpretation S: replete_setcat .

    theorem induces_adjunction:
    shows "adjunction C D S.comp S.setp \<phi>\<psi>.\<phi>C \<phi>\<psi>.\<phi>D F G \<phi> \<psi> \<phi>\<psi>.\<eta> \<phi>\<psi>.\<epsilon> \<phi>\<psi>.\<Phi> \<phi>\<psi>.\<Psi>"
      using \<phi>\<psi>.induces_adjunction by auto

  end

  definition adjoint_functors
  where "adjoint_functors C D F G = (\<exists>\<phi> \<psi>. meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>)"

  lemma adjoint_functors_respects_naturally_isomorphic:
  assumes "adjoint_functors C D F G"
  and "naturally_isomorphic D C F' F" and "naturally_isomorphic C D G G'"
  shows "adjoint_functors C D F' G'"
  proof -
    obtain \<phi> \<psi> where \<phi>\<psi>: "meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>"
      using assms(1) adjoint_functors_def by blast
    interpret \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>
      using \<phi>\<psi> by simp
    obtain \<tau> where \<tau>: "natural_isomorphism D C F' F \<tau>"
      using assms(2) naturally_isomorphic_def by blast
    obtain \<mu> where \<mu>: "natural_isomorphism C D G G' \<mu>"
      using assms(3) naturally_isomorphic_def by blast
    show ?thesis
      using adjoint_functors_def \<tau> \<mu> \<phi>\<psi>.respects_natural_isomorphism by blast
  qed

  lemma left_adjoint_functor_respects_naturally_isomorphic:
  assumes "left_adjoint_functor D C F"
  and "naturally_isomorphic D C F F'"
  shows "left_adjoint_functor D C F'"
  proof -
    interpret F: left_adjoint_functor D C F
      using assms(1) by simp
    have 1: "meta_adjunction C D F F.G F.\<phi> F.\<psi>"
      using F.induces_meta_adjunction by simp
    interpret \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D F F.G F.\<phi> F.\<psi>
      using 1 by simp
    have "adjoint_functors C D F F.G"
      using 1 adjoint_functors_def by blast
    hence 2: "adjoint_functors C D F' F.G"
      using assms(2) adjoint_functors_respects_naturally_isomorphic [of C D F F.G F' F.G]
            naturally_isomorphic_reflexive naturally_isomorphic_symmetric
            \<phi>\<psi>.G.functor_axioms
      by blast
    obtain \<phi>' \<psi>' where \<phi>'\<psi>': "meta_adjunction C D F' F.G \<phi>' \<psi>'"
      using 2 adjoint_functors_def by blast
    interpret \<phi>'\<psi>': meta_adjunction C D F' F.G \<phi>' \<psi>'
      using \<phi>'\<psi>' by simp
    show ?thesis
      using \<phi>'\<psi>'.has_left_adjoint_functor by simp
  qed

  lemma right_adjoint_functor_respects_naturally_isomorphic:
  assumes "right_adjoint_functor C D G"
  and "naturally_isomorphic C D G G'"
  shows "right_adjoint_functor C D G'"
  proof -
    interpret G: right_adjoint_functor C D G
      using assms(1) by simp
    have 1: "meta_adjunction C D G.F G G.\<phi> G.\<psi>"
      using G.induces_meta_adjunction by simp
    interpret \<phi>\<psi>: meta_adjunction C D G.F G G.\<phi> G.\<psi>
      using 1 by simp
    have "adjoint_functors C D G.F G"
      using 1 adjoint_functors_def by blast
    hence 2: "adjoint_functors C D G.F G'"
      using assms(2) adjoint_functors_respects_naturally_isomorphic
            naturally_isomorphic_reflexive naturally_isomorphic_symmetric
            \<phi>\<psi>.F.functor_axioms
      by blast
    obtain \<phi>' \<psi>' where \<phi>'\<psi>': "meta_adjunction C D G.F G' \<phi>' \<psi>'"
      using 2 adjoint_functors_def by blast
    interpret \<phi>'\<psi>': meta_adjunction C D G.F G' \<phi>' \<psi>'
      using \<phi>'\<psi>' by simp
    show ?thesis
      using \<phi>'\<psi>'.has_right_adjoint_functor by simp
  qed

  section "Inverse Functors are Adjoints"

  (* TODO: This really should show that inverse functors induce an adjoint equivalence. *)

  lemma inverse_functors_induce_meta_adjunction:
  assumes "inverse_functors C D F G"
  shows "meta_adjunction C D F G (λx. G) (λy. F)"
  proof -
    interpret inverse_functors C D F G using assms by auto
    interpret meta_adjunction C D F G λx. G λy. F
    proof -
      have 1"y. B.arr y ==> G (F y) = y"
        by (metis B.map_simp comp_apply inv)
      have 2"x. A.arr x ==> F (G x) = x"
        by (metis A.map_simp comp_apply inv')
      show "meta_adjunction C D F G (λx. G) (λy. F)"
      proof
        fix y f x
        assume y: "B.ide y" and f: "«f : F y A x¬"
        show "«G f : y B G x¬"
          using y f 1 G.preserves_hom by (elim A.in_homE, auto)
        show "F (G f) = f"
          using f 2 by auto
        next
        fix x g y
        assume x: "A.ide x" and g: "«g : y B G x¬"
        show "«F g : F y A x¬"
          using x g 2 F.preserves_hom by (elim B.in_homE, auto)
        show "G (F g) = g" using g 1 A.map_def by blast
        next
        fix f x x' g y' y h
        assume f: "«f : x A x'¬" and g: "«g : y' B y¬" and h: "«h : F y A x¬"
        show "G (C f (C h (F g))) = D (G f) (D (G h) g)"
          using f g h 1 2 inv inv' A.map_def B.map_def by (elim A.in_homE B.in_homE, auto)
      qed
    qed
    show ?thesis ..
  qed

  lemma inverse_functors_are_adjoints:
  assumes "inverse_functors A B F G"
  shows "adjoint_functors A B F G"
    using assms inverse_functors_induce_meta_adjunction adjoint_functors_def by fast

  context inverse_functors
  begin

    lemma η_char:
    shows "meta_adjunction.η B F (λx. G) = identity_functor.map B"
    proof (intro natural_transformation_eqI)
      interpret meta_adjunction A B F G λy. G λx. F
        using inverse_functors_induce_meta_adjunction inverse_functors_axioms by auto
      interpret S: replete_setcat .
      interpret adjunction A B S.comp S.setp φC φD F G λy. G λx. F η ε Φ Ψ
        using induces_adjunction by force
      show "natural_transformation B B B.map GF.map η"
        using η.natural_transformation_axioms by auto
      show "natural_transformation B B B.map GF.map B.map"
        by (simp add: B.as_nat_trans.natural_transformation_axioms inv)
      show "b. B.ide b ==> η b = B.map b"
        using η_in_terms_of_φ ηo_def ηo_in_hom by fastforce
    qed

    lemma ε_char:
    shows "meta_adjunction.ε A F G (λy. F) = identity_functor.map A"
    proof (intro natural_transformation_eqI)
      interpret meta_adjunction A B F G λy. G λx. F
        using inverse_functors_induce_meta_adjunction inverse_functors_axioms by auto
      interpret S: replete_setcat .
      interpret adjunction A B S.comp S.setp φC φD F G λy. G λx. F η ε Φ Ψ
        using induces_adjunction by force
      show "natural_transformation A A FG.map A.map ε"
        using ε.natural_transformation_axioms by auto
      show "natural_transformation A A FG.map A.map A.map"
        by (simp add: A.as_nat_trans.natural_transformation_axioms inv')
      show "a. A.ide a ==> ε a = A.map a"
        using ε_in_terms_of_ψ εo_def εo_in_hom by fastforce
    qed

  end

  section "Composition of Adjunctions"

  locale composite_adjunction =
    A: category A +
    B: category B +
    C: category C +
    F: "functor" B A F +
    G: "functor" A B G +
    F': "functor" C B F' +
    G': "functor" B C G' +
    FG: meta_adjunction A B F G φ ψ +
    F'G': meta_adjunction B C F' G' φ' ψ'
  for A :: "'a comp"     (infixr A 55)
  and B :: "'b comp"     (infixr B 55)
  and C :: "'c comp"     (infixr C 55)
  and F :: "'b ==> 'a"
  and G :: "'a ==> 'b"
  and F' :: "'c ==> 'b"
  and G' :: "'b ==> 'c"
  and φ :: "'b ==> 'a ==> 'b"
  and ψ :: "'a ==> 'b ==> 'a"
  and φ' :: "'c ==> 'b ==> 'c"
  and ψ' :: "'b ==> 'c ==> 'b"
  begin

    interpretation S: replete_setcat .
    interpretation FG: adjunction A B S.comp S.setp
                           FG.φC FG.φD F G φ ψ FG.η FG.ε FG.Φ FG.Ψ
      using FG.induces_adjunction by simp
    interpretation F'G': adjunction B C S.comp S.setp F'G'.φC F'G'.φD F' G' φ' ψ'
                           F'G'.η F'G'.ε F'G'.Φ F'G'.Ψ
      using F'G'.induces_adjunction by simp

    (* Notation for C.in_hom is inherited here somehow, but I don't know from where. *)

    lemma is_meta_adjunction:
    shows "meta_adjunction A C (F o F') (G' o G) (λz. φ' z o φ (F' z)) (λx. ψ x o ψ' (G x))"
    proof -
      interpret G'oG: composite_functor A B C G G' ..
      interpret FoF': composite_functor C B A F' F ..
      show ?thesis
      proof
        fix y f x
        assume y: "C.ide y" and f: "«f : FoF'.map y A x¬"
        show "«(φ' y φ (F' y)) f : y C G'oG.map x¬"
          using y f FG.φ_in_hom F'G'.φ_in_hom by simp
        show "(ψ x ψ' (G x)) ((φ' y φ (F' y)) f) = f"
          using y f FG.φ_in_hom F'G'.φ_in_hom FG.ψ_φ F'G'.ψ_φ by simp
        next
        fix x g y
        assume x: "A.ide x" and g: "«g : y C G'oG.map x¬"
        show "«(ψ x ψ' (G x)) g : FoF'.map y A x¬"
          using x g FG.ψ_in_hom F'G'.ψ_in_hom by auto
        show "(φ' y φ (F' y)) ((ψ x ψ' (G x)) g) = g"
          using x g FG.ψ_in_hom F'G'.ψ_in_hom FG.φ_ψ F'G'.φ_ψ by simp
        next
        fix f x x' g y' y h
        assume f: "«f : x A x'¬" and g: "«g : y' C y¬" and h: "«h : FoF'.map y A x¬"
        show "(φ' y' φ (F' y')) (f A h A FoF'.map g) =
              G'oG.map f C (φ' y φ (F' y)) h C g"
          using f g h FG.φ_naturality [of f x x' "F' g" "F' y'" "F' y" h]
                F'G'.φ_naturality [of "G f" "G x" "G x'" g y' y "φ (F' y) h"]
                FG.φ_in_hom
          by fastforce
      qed
    qed

    interpretation KηH: natural_transformation C C G' o F' G' o G o F o F'
                          G' o FG.η o F'
    proof -
      interpret ηF': natural_transformation C B F' (G o F) o F' FG.η o F'
        G\etaitytransformationsformation_axioms
              horizontal_composite
        byfastforce
      interpretF': natural_transformationG' o F' 
                         \<open>G' o (FG.\<
        using \<eta>F'.natural_transformation_axioms G'.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
              ontal_compositemposite
        bysimp:st_all2_refl
      show "natural_transformation C C (G' o F') (G' o G o F o F') (G' o      ngrightarrow> P (tnth xs )(tnth ys n"
     eta>F'.natural_transformation_axioms o_assoc by metis
    qed
    interpretation G'\<eta>F'"llist_of_tllistapfs pof_tllistists
                             Fby transfer auto

    interpretation F\<epsilon>G: natural_transformation A A \<open>F o F' o G' o G\<close> \<open>F o G\<close>
                          \<open>F o F'G'.\<epsilon> o G\<close>
 
      interpret F\<epsilon>': natural_transformation B A \<open>F o (F' o G')\<close> F \<open>F o F'G'.\<epsilon>\<close>
        P "
              horizontal_composite \<open>Relator andpredicator\<>
        by fastforce
      interpret F\<epsilon>'G: natural_transformation A A \<open>F o (F' o G') o G\<close> \<open>F o G\<close> \<openby(uto simp add: rel_pre_tllist_def  rel_fun_def set3_pre_tllist_def rel_set_def collect_defsum_set_defs prod_set_defs : rel_sumcases : sum.split_asm
        using F\<epsilon>'.natural_transformation_axioms G.as_nat_trans.natural_transformation_axioms
              horizontal_composite
        by blast
      show "natural_transformation A A (F o "tllist_all2 A  llist_all2  llist_of_tllist "
        using F\<epsilon>'G.natural_transformation_axioms o_assoc by metis
    qed
    interpretation \<epsilon>oF\<epsilon>'G: vertical_composite A A \<open>F \<circ> F' \<circ> G' \<circ> G\<close> \<open>F o G\<close> A.map
                             \<open>F'\epsilon> o close FG.\<epsilon> ..

    interpretation meta_adjunction A C \<open>F o F'\<close> \<open>G' o G\<close>
                                   \<open>\<lambda>z. \<phi>' z o \<phi> (F' z)\<close> \<open>\<lambda>x. \<psi> x o \<psi>' (G x)\<close>
      using is_meta_adjunction by auto
    interpretation S: replete_setcat .
    interpretation adjunction A C S.comp S.setp \<phi>C \<phi>D \<open>F \<circ> F'\<close> \<open>G' \<circ> G\<close>
                     \<open>\<lambda>z. \<phi>' z \<circ> \<phi> (F' z)\<close> \<open>\<lambda>x. \<psi> x \<circ> \<psi>' (G x)\<close> \<eta> \<epsilon> \<Phi> \<Psi>
      using induces_adjunction by simp

    lemma \<eta>_char:
    shows "\<eta> = G'\<eta>F'o\<eta>'.map"
    proof (intro natural_transformation_eqI)
      show "natural_transformation C C C.map (G' o G o F o F') G'\<eta>F'o\<eta>'.map" ..
      show "natural_transformation C C C.map (G' o G o F o F') \<eta>"
        by (metis (no_types, lifting) \<eta>_naturalitytransformation o_assoc)
      fix a
      assume a: "C.ide a"
      show "\<eta> a = G'\<eta>F'o\<eta>'.map a"
        unfolding \<eta>_def
        using a G'\<eta>F'o\<eta>'.map_def FG.\<eta>.preserves_hom [of "F' a" "F' a" "F' a"]
              F'G'.\<phi>_in_terms_of_\<eta> FG.\<eta>_map_simp \<eta>_map_simp [of a] C.ide_in_hom
              F'G'.\<eta>_def FG.\<eta>_def
        by auto
    qed

    lemma \<epsilon>_char:
    shows "\<epsilon> = \<epsilon>oF\<epsilon>'G.map"
    proof (intro natural_transformation_eqI)
      show "natural_transformation A A (F o F' o G' o G) A.map \<epsilon>"
        by (metis (no_types, lifting) \<epsilon>_naturalitytransformation o_assoc)
      show "natural_transformation A A (F \<circ> F' \<circ> G' \<circ> G) A.map \<epsilon>oF\<epsilon>'G.map" ..
      fix a
      assume a: "A.ide a"
      show "\<epsilon> a = \<epsilon>oF\<epsilon>'G.map a"
      proof -
        have "\<epsilon> a = \<psi> a (\<psi>' (G a) (G' (G a)))"
          using a \<epsilon>_in_terms_of_\<psi> by simp
        also have "... = FG.\<epsilon> a \<cdot>\<^sub>A F (F'G'.\<epsilon> (G a) \<cdot>\<^sub>B F' (G' (G a)))"
          by (metis F'G'.\<epsilon>_in_terms_of_\<psi> F'G'.\<epsilon>o_def F'G'.\<epsilon>o_in_hom F'G'.\<eta>\<epsilon>.\<epsilon>_in_terms_of_\<psi>
              F'G'.\<eta>\<epsilon>.\<psi>_def FG.G\<epsilon>.natural_transformation_axioms FG.\<psi>_in_terms_of_\<epsilon> a
              functor.preserves_ide natural_transformation_def)
        also have "... = \<epsilon>oF\<epsilon>'G.map a"
          using a B.comp_arr_dom \<epsilon>oF\<epsilon>'G.map_def by simp
        finally show ?thesis by blast
      qed
    qed

  end

  section "Right Adjoints are Unique up to Natural Isomorphism"

  text\<open>
    As an example of the use of the of the foregoing development, we show that two right adjoints
    to the same functor are naturally isomorphic.
\<close>

  theorem two_right_adjoints_naturally_isomorphic:
  assumes "adjoint_functors C D F G" and "adjoint_functors C D F G'"
  shows "naturally_isomorphic C D G G'"
  proof -
    text\<open>
      For any object @{term x} of @{term C}, we have that \<open>\<epsilon> x \<in> C.hom (F (G x)) x\<close>
      is a terminal arrow from @{term F} to @{term x}, and similarly for \<open>\<epsilon>' x\<close>.
      We may therefore obtain the unique coextension \<open>\<tau> x \<in> D.hom (G x) (G' x)\<close>
      of \<open>\<epsilon> x\<close> along \<open>\<epsilon>' x\<close>.
      An explicit formula for \<open>\<tau> x\<close> is \<open>D (G' (\<epsilon> x)) (\<eta>' (G x))\<close>.
      Similarly, we obtain \<open>\<tau>' x = D (G (\<epsilon>' x)) (\<eta> (G' x)) \<in> D.hom (G' x) (G x)\<close>.
      We show these are the components of inverse natural transformations between
      @{term G} and @{term G'}.
\<close>
    obtain \<phi> \<psi> where \<phi>\<psi>: "meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi>"
      using assms adjoint_functors_def by blast
    obtain \<phi>' \<psi>' where \<phi>'\<psi>': "meta_adjunction C D F G' \<phi>' \<psi>'"
      using assms adjoint_functors_def by blast
    interpret Adj: meta_adjunction C D F G \<phi> \<psi> using \<phi>\<psi> by auto
    interpret S: replete_setcat .
    interpret Adj: adjunction C D S.comp S.setp Adj.\<phi>C Adj.\<phi>D
                              F G \<phi> \<psi> Adj.\<eta> Adj.\<epsilon> Adj.\<Phi> Adj.\<Psi>
      using Adj.induces_adjunction by auto
    interpret Adj': meta_adjunction C D F G' \<phi>' \<psi>' using \<phi>'\<psi>' by auto
    interpret Adj': adjunction C D S.comp S.setp Adj'.\<phi>C Adj'.\<phi>D
                               F G' \<phi>' \<psi>' Adj'.\<eta> Adj'.\<epsilon> Adj'.\<Phi> Adj'.\<Psi>
      using Adj'.induces_adjunction by auto
    write C (infixr \<open>\<cdot>\<^sub>C\<close> 55)
    write D (infixr \<open>\<cdot>\<^sub>D\<close> 55)
    write Adj.C.in_hom (\<open>\<guillemotleft>_ : _ \<rightarrow>\<^sub>C _\<guillemotright>\<close>)
    write Adj.D.in_hom (\<open>\<guillemotleft>_ : _ \<rightarrow>\<^sub>D _\<guillemotright>\<close>)
    let ?\<tau>o = "\<lambda>a. G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G a)"
    interpret \<tau>: transformation_by_components C D G G' ?\<tau>o
    proof
      show "\<And>a. Adj.C.ide a \<Longrightarrow> \<guillemotleft>G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G a) : G a \<rightarrow>\<^sub>D G' a\<guillemotright>"
        by fastforce
      show "\<And>f. Adj.C.arr f \<Longrightarrow>
                   (G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.cod f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.cod f))) \<cdot>\<^sub>D G f =
                   G' f \<cdot>\<^sub>D G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.dom f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.dom f))"
      proof -
        fix f
        assume f: "Adj.C.arr f"
        let ?x = "Adj.C.dom f"
        let ?x' = "Adj.C.cod f"
        have "(G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.cod f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.cod f))) \<cdot>\<^sub>D G f =
              G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.cod f) \<cdot>\<^sub>C F (G f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.dom f))"
          using f Adj'.\<eta>.naturality [of "G f"] Adj.D.comp_assoc by simp
        also have "... = G' (f \<cdot>\<^sub>C Adj.\<epsilon> (Adj.C.dom f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.dom f))"
          using f Adj.\<epsilon>.naturality by simp
        also have "... = G' f \<cdot>\<^sub>D G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.dom f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.dom f))"
          using f Adj.D.comp_assoc by simp
        finally show "(G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.cod f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.cod f))) \<cdot>\<^sub>D G f =
                      G' f \<cdot>\<^sub>D G' (Adj.\<epsilon> (Adj.C.dom f)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (Adj.C.dom f))"
          by auto
      qed
    qed
    interpret natural_isomorphism C D G G' \<tau>.map
    proof
      fix a
      assume a: "Adj.C.ide a"
      show "Adj.D.iso (\<tau>.map a)"
      proof
        show "Adj.D.inverse_arrows (\<tau>.map a) (\<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a))"
        proof
          text\<open>
            The proof that the two composites are identities is a modest diagram chase.
            This is a good example of the inference rules for the \<open>category\<close>,
            \<open>functor\<close>, and \<open>natural_transformation\<close> locales in action.
            Isabelle is able to use the single hypothesis that \<open>a\<close> is an identity to
            implicitly fill in all the details that the various quantities are in fact arrows
            and that the indicated composites are all well-defined, as well as to apply
            associativity of composition.  In most cases, this is done by auto or simp without
            even mentioning any of the rules that are used.
$$\xymatrix{
        {G' a} \ar[dd]_{\eta'(G'a)} \ar[rr]^{\tau' a} \ar[dr]_{\eta(G'a)}
           && {G a} \ar[rr]^{\tau a} \ar[dr]_{\eta'(Ga)} && {G' a}                     \\
        & {GFG'a} \rrtwocell\omit{\omit(2)} \ar[ur]_{G(\epsilon' a)} \ar[dr]_{\eta'(GFG'a)}
           && {G'FGa} \drtwocell\omit{\omit(3)} \ar[ur]_{G'(\epsilon a)} &            \\
        {G'FG'a} \urtwocell\omit{\omit(1)} \ar[rr]_{G'F\eta(G'a)} \ar@/_8ex/[rrrr]_{G'FG'a}
           && {G'FGFG'a} \dtwocell\omit{\omit(4)} \ar[ru]_{G'FG(\epsilon' a)} \ar[rr]_{G'(\epsilon(FG'a))}
           && {G'FG'a} \ar[uu]_{G'(\epsilon' a)}                                       \\
           &&&&
}$$
\<close>
          show "Adj.D.ide (\<tau>.map a \<cdot>\<^sub>D \<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a))"
          proof -
            have "\<tau>.map a \<cdot>\<^sub>D \<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a) = G' a"
            proof -
              have "\<tau>.map a \<cdot>\<^sub>D \<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a) =
                    G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (Adj'.\<eta> (G a) \<cdot>\<^sub>D G (Adj'.\<epsilon> a)) \<cdot>\<^sub>D Adj.\<eta> (G' a)"
                using a \<tau>.map_simp_ide Adj.\<phi>_in_terms_of_\<eta> Adj'.\<phi>_in_terms_of_\<eta>
                      Adj'.\<epsilon>.preserves_hom [of a a a] Adj.C.ide_in_hom Adj.D.comp_assoc
                      Adj.\<epsilon>_def Adj.\<eta>_def
                by simp
              also have "... = G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (G' (F (G (Adj'.\<epsilon> a))) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G (F (G' a)))) \<cdot>\<^sub>D
                               Adj.\<eta> (G' a)"
                using a Adj'.\<eta>.naturality [of "G (Adj'.\<epsilon> a)"] by auto
              also have "... = (G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G' (F (G (Adj'.\<epsilon> a)))) \<cdot>\<^sub>D G' (F (Adj.\<eta> (G' a))) \<cdot>\<^sub>D
                               Adj'.\<eta> (G' a)"
                using a Adj'.\<eta>.naturality [of "Adj.\<eta> (G' a)"] Adj.D.comp_assoc by auto
              also have
                  "... = G' (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (G' (Adj.\<epsilon> (F (G' a))) \<cdot>\<^sub>D G' (F (Adj.\<eta> (G' a)))) \<cdot>\<^sub>D
                         Adj'.\<eta> (G' a)"
              proof -
                have
                   "G' (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G' (F (G (Adj'.\<epsilon> a))) = G' (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G' (Adj.\<epsilon> (F (G' a)))"
                proof -
                  have "G' (Adj.\<epsilon> a \<cdot>\<^sub>C F (G (Adj'.\<epsilon> a))) = G' (Adj'.\<epsilon> a \<cdot>\<^sub>C Adj.\<epsilon> (F (G' a)))"
                    using a Adj.\<epsilon>.naturality [of "Adj'.\<epsilon> a"] by auto
                  thus ?thesis using a by force
                qed
                thus ?thesis using Adj.D.comp_assoc by auto
              qed
              also have "... = G' (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G' a)"
              proof -
                have "G' (Adj.\<epsilon> (F (G' a))) \<cdot>\<^sub>D G' (F (Adj.\<eta> (G' a))) = G' (F (G' a))"
                proof -
                  have
                      "G' (Adj.\<epsilon> (F (G' a))) \<cdot>\<^sub>D G' (F (Adj.\<eta> (G' a))) = G' (Adj.\<epsilon>FoF\<eta>.map (G' a))"
                    using a Adj.\<epsilon>FoF\<eta>.map_simp_1 by auto
                  moreover have "Adj.\<epsilon>FoF\<eta>.map (G' a) = F (G' a)"
                    using a by (simp add: Adj.\<eta>\<epsilon>.triangle_F)
                  ultimately show ?thesis by auto
                qed
                thus ?thesis
                  using a Adj.D.comp_cod_arr [of "Adj'.\<eta> (G' a)"] by auto
              qed
              also have "... = G' a"
                using a Adj'.\<eta>\<epsilon>.triangle_G Adj'.G\<epsilon>o\<eta>G.map_simp_1 [of a] by auto
              finally show ?thesis by auto
            qed
            thus ?thesis using a by simp
          qed
          show "Adj.D.ide (\<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D \<tau>.map a)"
          proof -
            have "\<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D \<tau>.map a = G a"
            proof -
              have "\<phi> (G' a) (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D \<tau>.map a =
                    G (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (Adj.\<eta> (G' a) \<cdot>\<^sub>D G' (Adj.\<epsilon> a)) \<cdot>\<^sub>D Adj'.\<eta> (G a)"
                using a \<tau>.map_simp_ide Adj.\<phi>_in_terms_of_\<eta> Adj'.\<epsilon>.preserves_hom [of a a a]
                      Adj.C.ide_in_hom Adj.D.comp_assoc Adj.\<eta>_def
                by auto
              also have
                "... = G (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (G (F (G' (Adj.\<epsilon> a))) \<cdot>\<^sub>D Adj.\<eta> (G' (F (G a)))) \<cdot>\<^sub>D
                       Adj'.\<eta> (G a)"
                using a Adj.\<eta>.naturality [of "G' (Adj.\<epsilon> a)"] by auto
              also have
                "... = (G (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G (F (G' (Adj.\<epsilon> a)))) \<cdot>\<^sub>D G (F (Adj'.\<eta> (G a))) \<cdot>\<^sub>D
                       Adj.\<eta> (G a)"
                using a Adj.\<eta>.naturality [of "Adj'.\<eta> (G a)"] Adj.D.comp_assoc by auto
              also have
                "... = G (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D (G (Adj'.\<epsilon> (F (G a))) \<cdot>\<^sub>D G (F (Adj'.\<eta> (G a)))) \<cdot>\<^sub>D
                       Adj.\<eta> (G a)"
              proof -
                have "G (Adj'.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G (F (G' (Adj.\<epsilon> a))) = G (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D G (Adj'.\<epsilon> (F (G a)))"
                proof -
                  have "G (Adj'.\<epsilon> a \<cdot>\<^sub>C F (G' (Adj.\<epsilon> a))) = G (Adj.\<epsilon> a \<cdot>\<^sub>C Adj'.\<epsilon> (F (G a)))"
                    using a Adj'.\<epsilon>.naturality [of "Adj.\<epsilon> a"] by auto
                  thus ?thesis using a by force
                qed
                thus ?thesis using Adj.D.comp_assoc by auto
              qed
              also have "... = G (Adj.\<epsilon> a) \<cdot>\<^sub>D Adj.\<eta> (G a)"
              proof -
                have "G (Adj'.\<epsilon> (F (G a))) \<cdot>\<^sub>D G (F (Adj'.\<eta> (G a))) = G (F (G a))"
                proof -
                  have
                    "G (Adj'.\<epsilon> (F (G a))) \<cdot>\<^sub>D G (F (Adj'.\<eta> (G a))) = G (Adj'.\<epsilon>FoF\<eta>.map (G a))"
                    using a Adj'.\<epsilon>FoF\<eta>.map_simp_1 [of "G a"] by auto
                  moreover have "Adj'.\<epsilon>FoF\<eta>.map (G a) = F (G a)"
                    using a by (simp add: Adj'.\<eta>\<epsilon>.triangle_F)
                  ultimately show ?thesis by auto
                qed
                thus ?thesis
                  using a Adj.D.comp_cod_arr by auto
              qed
              also have "... = G a"
                using a Adj.\<eta>\<epsilon>.triangle_G Adj.G\<epsilon>o\<eta>G.map_simp_1 [of a] by auto
              finally show ?thesis by auto
            qed
            thus ?thesis using a by auto
          qed
        qed
      qed
    qed
    have "natural_isomorphism C D G G' \<tau>.map" ..
    thus "naturally_isomorphic C D G G'"
      using naturally_isomorphic_def by blast
  qed

end

Messung V0.5 in Prozent
C=54 H=92 G=75

¤ Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.0.752Bemerkung:  ¤

*Bot Zugriff






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung und die Messung sind noch experimentell.